推力偏向

推力偏向（すいりょくへんこう）とは、ロケットエンジンやジェットエンジン、スクリュープロペラなど、噴流ないしその反作用によって推力を得るメカニズムにおいて、噴流の向きを変えることで、推力の向きを偏向させることである。
航空機では、固定翼のジェット機で、ジェットエンジンの噴流の向きをノズルで変えることで行われる。これにより推進力の一部で機体を持ち上げたり、補助翼や方向舵などの動翼だけに頼らずに機体の姿勢制御を行うことができ、フライ・バイ・ワイヤによる制御と組み合わせれば運動の幅を増すことが可能になる。そのためS/VTOL性能やドッグファイト時の機動性が求められる軍用機に実装されることが多い。スラスト・ベクタリング (thrust vectoring, TV) またはベクタード・スラスト (vectored thrust, VT) と呼ばれることもある。
概念.
固定翼機の推進装置はプロペラ（動力はレシプロエンジン又はターボプロップエンジン）かジェットエンジンであるが、これらの推進装置は進行方向の逆向きにエネルギーを放出し推力を発生させるように装着されている。機体を浮上させる揚力の大半を主翼から得て、機体の姿勢制御（モーメント制御）は尾翼の舵や主翼の補助翼といった動翼を操作して行うのが常である。しかしながら、機体がある程度の速度を持たねば動翼に揚力や抗力は発生せず、またその大きさ・方向や作用点を柔軟に変更することも難しい。そこで推進器の生み出す力を姿勢制御や浮揚力生成にも利用して、航空機の運動の幅をより広げようというのが推力偏向を行う基本的な考え方である。また、短距離離着陸機ではコアンダ効果を用いて排気の方向を変えるアッパーサーフェスブローイングのような例もある。
実用化.
推力偏向は小回りのよさや高い運動性が求められる軍用機で主に利用されてきた。アイデア自体は航空機の黎明期からあったものと思われるが、実用段階に達し始めるのは第二次世界大戦以後のVTOL機の開発においてである。離陸着陸の際には推力で直接機体を持ち上げ、水平飛行時には推力を進行方向へとスイッチするデザインの機体が各国で試作・実験された（詳しくは垂直離着陸機を参照）。この種の機体の推力方向の切り替えはティルトローターやハリアーのようにプロペラやローターあるいはジェット噴射の向きを90°程度回転させて行うというものが多い。
近年ではジェット戦闘機の運動性向上のための手段として利用されている。この場合、排気ノズルや排気パドルの向きを制御することで推力偏向を実現する。これは第4世代以上のジェット戦闘機では基本的な要素の一つとされている。特に、方向舵など空気力学的な機体制御は超音速領域では効果が小さく、超音速域においても高い機動性を発揮するには、推力偏向は必須の機能である。推力偏向によるポストストール機動を行うと抵抗が増えて運動エネルギーを急激に消耗してしまうリスクがあるため、一概に空中戦で有利になるとはいえないが、使い方次第では空中戦の定理を根底から覆す可能性を秘めている。
また、ステルス性や燃費の面で注目されている全翼機の姿勢制御方法としても有効だと考えられる。ふつう全翼機は、可動翼を操作して風圧中心（空気力の作用中心点）を移動させることでピッチング（機首の上げ下げ）を行うことが多いが、水平尾翼を使って同様のことを行う場合に比べて制御が難しい。しかし、機体の上下方向に推力偏向すれば比較的容易にピッチングを行うことができる。もちろん、左右に推力偏向すればヨーイング（左右の首振り）も可能である。全翼機ではないが、無尾翼の実験機X-36はヨーイングに推力偏向を利用していた。
飛行船の多くは上昇の補助として上下に稼働するエンジンポッドを備えている。
採用例.
航空機.
主にS/VTOL性能を追求したもの
主に飛行時の運動性を追求したもの
ロケット.
液体ロケットでは、エンジン全体をジンバル機構で傾けることにより推力を偏向する。
固体ロケットの場合は、ノズルを油圧や電動アクチュエータで傾けることにより推力を偏向する方式と、ノズル内に液体を噴射することにより推力を偏向する方式がある。
船舶.
大半の船舶は、プロペラが生み出した水流を舵に当てたり、アジマススラスターのように推進装置自体を動かすなど、何らかの推力偏向を行っているが、元々そのような構造なので、わざわざ推力偏向とは言わない事が多い。
タグボートやしんかい6500などの深海探査艇などが、アジマススラスターを使っている。
脚注.
注釈
出典