ラダー (舵, rudder)

oar は櫂、ないしはオールと訳されています。 steering oar は適切な訳語がなかったのでステアリング・オールとカナ表記しています。これはオールを方向制御に使用するもので、一番初期のラダーです。なお、rudder を舵と訳すと以下の文章が非常に変になるので、単にカナ表記しています。 rudder の語源には「漕ぐ」(row) の意味があるようです。

ラダ― (舵) は操縦装置で、船、ボート、潜水艦、航空機、あるいは空気や水のような媒体を動く輸送機関を操縦するためにある。航空機では、ラダ― (舵) は逆偏揺れ (アドバースヨウ, adverse yaw) や p因子 (p-factor) に対抗するために使用され、航空機の向きを変えるための主な制御装置ではない。ラダ―は、船体 (hull) や飛行機の胴体 (fugelage) の中を流れる液体の向きを変更することによって、操作され、これにより船や航空機に向きを変えたり、偏揺れの動きを提供する。基本的な形式では、ラダ―は船尾 (stern) や航空機の尾部 (tail) などに、ちょうつうがい (hinge) で取り付けられ、色々な材質でできた一枚の平面ないしはシートである。しばしばラダーの形は、流体力学的 (hydrodynamic) あるいは空気力学的 (aerodynamic) な抵抗を最小にするように出来ている。非常に単純な船では、ティラー (舵柄 (かじえ)、tiller) -- レバーとして作用する棒 (stick) ないしは「さお」(pole) -- がラダーの一番上に取り付けられ、操舵手 (helmsman) がこれを回転する。大きな船や航空機では、ケーブル、押し棒 (pushlod) や油圧装置がラダーと舵輪 (だりん, steering wheel) を接続している。典型的な航空機では、ラダーはペダルによって操作され、機械的なリンクないしは油圧によりラダーを動かす。

一般に、ラダー (舵) は「ボートや船の操縦装置の一部で、船体 (hull) の外側に固定されたもの」である。もっと具体的に言えば、古代の船舶の操縦装置は、取り付け位置により、サイド・ラダー (side-rudder) と船尾ラダー (船尾舵, stern-rudder) に分類される。第三の用語であるステアリング・オール (操船用の櫂, steering-oar) はどちらの意味にもなる。地中海の言葉では、もっと特別にクォーター・ラダー (後甲板舵, quarter-rudder) と呼ばれる。後年の言葉ではラダーが搭載される、より正確な場所を指定しているのである。船尾ラダーは船の後部の中央に一様に吊るされているが、この用語では歴史的に十分ではない。というのは、船尾ラダーを船体に取り付ける方法が随分異なっていることを考慮していないからである。ヨーロッパの「舵針 (pintle) と受け (gudgeon) の付いたラダー」は船尾材 (sternpost) に鉄の軸で取り付けられているが、アラビア人はロープで固定する方式を使用し、中国人も索具 (tackle) を使用したが、中世ヨーロッパやアラビア人と違い、船尾材がなかった。ローマ帝国や、とりわけ古代エジプトの船尾ラダーは更に固定する方法が違っていた。柄 (stock) は船尾 (stern) と一点で接触し、更に船体に上向きの「ラダーの支え」あるいは「固定用のロープ」で固定されていた。

訳注

船尾材は sternpost の訳で、stern が船尾、post が角材です。原文中には sternpost を rudderpost と述べている箇所があります。この場合は「ラダー固定用の角材」となりますが訳語としては「船尾材」を採用しています。しかし上の翻訳で上向きの rudderpost を「ラダーの支え」としました。

ステアリング・オール (操船用の櫂) をラダーと分類しているものに

一枚の帆では、船は風上にも風下にも向きを変えやすくなり、直線のコースを取らせるにはラダーの操作が必要となる。この場合には、ステアリング・オールが使用された。ラダーはまだ発明されていなかったからである。一枚の帆を装備した船に直線のコースを取らせるにはステアリング・オールを頻繁に操作する必要がある。これにより船は遅くなる。何故ならばステアリング・オールによるコースの補正はブレーキのように作用するからである。前方に第二の帆があれば、調整して主帆 (メーンスル、main sail) の方向の変わりやすさを相殺することができ、ステアリング・オールによるコース補正の必要性を最小限にし、随分と帆走を改善することができる。

操船用のオールはメネス (BC 3100 年, Menes) の時代よりもはるかに以前に、エジプトの大型船に登場している。エジプト古王国 (BC 2686 年 - BC 2134 年) では、 5 つものステアリング・オールが客船の両側に付いているものを見出すことができる。ティラー (舵柄, tiller) -- 最初は小さなピンがステアリング・オールの柄を貫いているもの -- はエジプト第5王朝 (BC 2504 年 - BC 2347 年、the fifth dynasty) にまでさかのぼることができる。ティラー (舵柄) と船尾の上向きの操舵用の枠 (steering post) の導入により、両側のステアリング・オールの通常の数が 1 に減った。サイド・ラダー以外に、その時代の墓で見つかる模型の幾つかに船尾にラダーが一つだけあるものが見出される。とりわけエジプト中王国 (Middle Kingdom) ではこれが顕著で、墓で見出される浮き彫りから、ナイル川のナビゲーションに普通に使用されたことが示唆される。著作による言及はギリシャの歴史家ヘロドトス (BC 484 年 - BC 424 年) の作品に登場する。ヘロドトスはエジプトに数ヵ月滞在し、次のように述べている：

これは恐らくはキールの一番後ろの二股のことを意味しているのであろう。 (下の「メンナの墓」(Tomb of Menna) の絵を参照。)

イランでは、船の両側のステアリング・オールは紀元前 3000 年期 (3rd millennium) の美術品、木の模型、更には実際の船の遺物に見ることができる。

中国ではステアリング・オールを備えた複数の船の模型で、周時代 (BC 1050 年頃 - BC 256 年頃) のものがある。船尾に搭載したラダーは中国の船では 1 世紀頃から登場し始めた。しかしながら中国人はラダーを発明した後も、ずっと長期間ステアリング・オールを使用し続けた。これは、ステアリング・オールは限定的ではあるが、内陸の急流の川では現実的であったからである。中国において、船尾に搭載したラダーの最も古いものに、墓で見つかった 2 フィートの長さの陶器の船の模型がある。これは 1 世紀のもので、漢時代 (BC 202 年 - AD 220 年) に属し、広州における発掘で発見されたものである。発掘を実施したのは広東省博物館と台湾の中央研究院 (Academia Sinica) で、1958 年のことであった。数十年の間に、漢時代の幾つかの船舶模型でラダーを備えたものが発掘により出土した。ステアリング・オールが無いラダーの使用に関しての記述された言及で最初のものは 5 世紀のものである。

中国のラダーは、西洋の「舵針 (pintle) と受け (gudgeon)」によって支えられたものではなく、「木製のあご」ないしはソケットによって船体に取り付けられていた。又、とりわけ大きな船では、ラダーはロープの索具 (tackle) で上部から吊るされており、水に沈めることも引き上げることもできた。また、多くのジャンクでは「開口部のあるラダー」 (穴のあいているラダーで、制御しやすくするもののようである) を組み込んでいた。中世の中国のジャンクの詳細な記述は色々な中国への旅行者により知られている。このような旅行者にはモロッコ、タンジェのイブン・バットゥータ (Ibn Battuta) や、イタリア、ベニスのマルコ・ポーロ (Marco Polo) がいる。後年の中国の百科全書編集者である宋応星 (1587 年 - 1666 年) と 17 世紀のヨーロッパの旅行者であるルイ・ルコント (Louis Lecomte) はジャンクのデザインとラダーの使用に関して、熱意と称賛を込めて書いている。

ポール・ジョンストーン (Paul Johnstone) とシーン・マグレール (Sean McGrail) が述べている所によれば、中国人は「中央の、直立で、軸上の」船尾ラダーを発明し、そのようなラダーは西洋で見られる「舵針 (pintle) と受け (gudgeon) の付いたラダーより、おおよそ千年ほど先行している。しかしモット (Mott) が指摘するように中国のラダーは非常に違った懸架装置 (suspension system) で動作し、また船尾に恒久的に設置されておらず、そのように違った形式のラダーを比較することは的 (まと) を得ていない。船尾に操縦装置 (steering gear) を搭載する方法は、地中海でよく知られていたが、これは中国の船にその方式が登場するよりも以前のことである。

ローマ帝国のナビゲーションではクォーター・ラダーが使用され、これは非常に長期間にわたり地中海で使用され、改善改良が絶えることがなかった。そのためローマ時代に至るまでに、古代の船は非常に大きくなっていた。クォーター・ラダーの強みは、有効性、適応性と単純性にあった。ローマのクォーター・ラダーの搭載方式は中世を通じてほとんど変わることがなかった。

1 世紀前半には船尾搭載のラダーはローマの川舟や港湾船 (harbour craft) にも、とてもありきたりなものとなり、これは浮き彫りや発掘出土品からわかる。ハドリアヌスの時代の墓の銘板からわかることであるが、「てこ」の力を大きくするための長い船尾搭載のオールがオスティアの港の引船 (タグボート) についていた。興味あることに船にはすでにスプリットスル^訳注 (spritsail) が付いており、港湾船の機動性を高めている。ローマ帝国でこれ以外の船尾搭載のラダーで使用が判明しているものには、牽引されるはしけ、ワインの樽の輸送船、そしてそれ以外の色々な船がある。また良く知られたズワンメルダム (Zwammerdam) の出土品にラインの河口における大きな川の「はしけ」があり、これには船尾搭載の大きなラダーが付いていた。新たな研究によれば、先端的ネーミ船 (advanced Nemi ship) は、皇帝カリグラ (AD 37 年 - 41 年) の宮廷の「はしけ」で、 14 m の長さの船尾搭載のラダー付いていた可能性がある。

訳注

ズワンメルダム (Zwammerdam) の Googl マップ

スプリット (sprit) とは左下の図の帆に斜めに突き出ている棒のことで、これが付いている帆がスプリットスル (spritsail)


Spritsail - Wikipedia の絵		ネーミ湖で発見された 2 つの船の 1 つ前方にいる人の大きさから巨大さがわかる。 Nemi ships - Wikipedia の絵

ネーミ船はネーミ湖に作られた巨大な船 (右上の写真)。ネーミ湖はローマの南 30 km にある 1.67 km² の小さな湖。宗教目的の船 ? ネーミ湖の Google マップ

アラビアの船も船尾に搭載したラダーを使用したが、これはヨーロッパのものとも、中国のものとも技術的に違っており、独立の発明であることが示唆される。彼らの船では『ラダーは 2 つのロープで制御され、このロープはラダーの頭部の横材に付けられ、横材はラダーの刃の面に垂直となっていた』。最も初期の証拠は『国々の知識の為の最適な一文』( The Best Divisions for the Classification of Regions, Ahsan al-Taqasim fi Marifat al-Aqalim) に登場し、これは 985 年に al-Muquaddasi によって書かれている：

カラスのねぐらから出てきた船長は海を注意深く観察する。岩礁を見つけると、「右舷」あるいは「左舷」と叫ぶ。そこに配置されている 2 人の若者が叫びを繰り返す。操舵手は、2 つのロープを手に持ち、呼び声を聞くと、どちらか一方を右か左に引っ張る。十分に注意しないと、船は岩礁に衝突し、難破することとなる。

訳注

Al-Muqaddasi - Wikipediaによれば、Al=Muquaddasi は Al-Maqdisi (945/946 年頃 - 1000 年頃) とも翻訳され、中世アラビアの地理学者です。彼が著した本の表題は「The Best Divisions for Knowledge of the Regions」とされており、上と少し違います。しかし Jeddah Vol 1-3に次のような記述があります。

10世紀の偉大な地理学者の最後は西暦946年にエルサレム(Jerusalem) で建築の棟梁家に生まれたアル-マクディシ(al-Makdisi)である。アル-マクディシは広く旅行をし、多くの博識(erudition)を持ち、この時代の偉大な人物としての名声を得た。「国々の知識の為の最適な一文」The fairest division for knowledge of Countries）と題したアル-マクディシの著書は....

とあり、al-Maqdisi は al-Makdisi とも綴ることが確実です。ここで登場する本は、上で記載される本と同一と判断されたので、書名の日本語訳として、この文章に合わせました。

アラビア人はロープで固定する方式を使用したのである。中国の船尾ラダーも索具 (tackle) を使用したが、中世ヨーロッパやアラビアと違い、ラダーを取り付ける船尾材がなかった。ローレンス・V・モットによると「ラダーを船尾材にあるていど恒久的に設置するアイデアは、従ってアラビアの発明に相違なく、中国のものとは独立である」。

船の舷側に搭載されていたオール (oar) はクォーター・ラダーに発展し、クォーター・ラダーは古典古代から中世の終りに至るまでヨーロッパで使用された。船の大きさが大きくなり、舷側が高くなるにつれ、クォーター・ラダーは扱いにくくなり、もっと頑丈で船尾に搭載した「舵針 (pintle) と受け (gudgeon) の付いたラダー」で置き換えられた。船尾に搭載したラダーはローマ帝国以来ヨーロッパでは広範囲の船舶 -- これには地中海の軽量級の戦闘用ガレー船が含まれる -- に見出されるが、「舵針と受けの付いたラダー」の最も古い描画はゼデルヘム (Zedelgem) とウィンチェスターの教会の彫刻に見出され、年代は 1180 年頃である。中世ヨーロッパにおけるラダーの発明は 1156 年にサマーレッド (Somerled) によるものとされており、このとき彼がゴッドレッド・オラフソン (Godred Olafsson) を打ち破った決定的な原因がラダーであった。この戦争は「島々の領主」(Lordship of the Iles) の形成の最中であった。

訳注

ゼデルヘムはベルギーのウェスト＝フランデレン州の自治体です。 Google マップ
「島々の領主」とは 12 世紀から 15 世紀にかけて、スコットランドの島々を支配した領主のこと。サマーレッドが「島々の領主」の創始者。

訳注

左上の写真は復元模型と思われます。右上は教会のベンチの端に彫り込まれているようです。

歴史的には「舵針と受けの付いたラダー」の根本的な概念は単一の発明によって登場したのではない。これはアイデアの組み合わせによっており、各々はそれ以前に長期間存在していた：船尾のラダー、鉄のちょうつうがい、北ヨーロッパの船のまっすぐな船尾材 (sternpost)。初期のラダーは船尾材 (rudderpost) あるいは索具 (tackle) を使用したが、鉄の「ちょうつうがい」により始めて、真に恒久的に船尾材の全長に沿って取り付けられた。しかしながら、完全な潜在力が実現されたのは、 14 世紀に垂直船尾材と全装帆船 (full-rigged ship) の導入があってからである。大航海時代以後、「舵針と受けの付いたラダー」を装備したヨーロッパの船は七つの海で成功裏に帆走した。

訳注

全装帆船 (full-rigged ship) とは 3 本以上のマストを持つ帆船で、横帆艤装しているもの。

古い仮説とは反するが、すべての証拠はヨーロッパの船尾に搭載するラダーは、技術的な特質が中国のものとは、はるかに違っており独立に発明されたものである。

中国から伝播されたと主張することができる唯一つの現実的な概念は船尾に搭載するラダーのアイデアであり、設置方法でもなく、制御方式でもない。ラダーを船尾に置くアイデアは古代エジプトの墓にさかのぼることができ、概念が中東に導入されたことの必然性は最大限に考えても信ずるに足るものではない。船尾に搭載したラダーが中国に由来するという主張を支持する証拠はないし、地中海への導入に外的な要因を必要とする理由もない。

(Lawrence V. Mott)

船舶のラダーは甲板の外側 (outboard) にも内側 (inboard) にもあり得る。甲板の外側のラダーは船尾に取り付けられており、甲板の内側のラダーは、キールかスケッグ (キールの船尾延長部、skeg) に取り付けられ、完全に船体の下に沈み、船尾材により操縦用の機械装置に接続されている。機械装置は船体を通り、甲板まで達し、しばしば操縦室まで接続されていた。キールに取り付けられているラダーは (全長キール (full keel) の後方につながっており) 陸地から離れた場所では伝統的に損傷にもっとも強いものと思われた。小さなフィン・キール (ヒレ型のキール、fin keel) が付いた船舶ではスケッグ (skeg) に付けられたラダーは操作性が速かった。

船尾材とマストの配置の違いがケッチ (ketch) とヨール (yawl) の違いを定める。これらの船舶では同じ 2 本のマストがあり類似しているからである。ヨールはミズンマスト (mizzen mast) が船尾材の後方にあるもので、ケッチはミズンマストが船尾材の前方にあるものである。

訳注

ケッチ (ketch) もヨール (yawl) もメインマスト以外に小さなマスト (ミズンマスト) が後方に付いている。 mizzen は mizzenmast の意味でしか使用しない。ウェブスターで mizzen の語源を見てみると、middle (中央) の意味があります。


Ketch - Wikipediaの絵	Yawl - Wikipediaの写真

小さな船舶では、ラダーを船体の前後方向に垂直になるように操作でき、「いっぱいに操作」(hard over) すれば効果的なブレーキとなる。しかし、大きな船舶では「いっぱいに操作」しても、最大の回転となるだけである。船尾に搭載されたラダーでは、より前方のキールに設置されたラダーよりは、はるかに回転モーメントが高く、素早く回転する。

円筒型のラダー (barrel type rudder) もある。これは船のスクリューを囲み、旋回することによって船を操縦する。デザイナーは小さな船舶では、この型式のラダーが速く操船するための解決であると主張している。

航空機においてはラダーは、方向制御のための制御面 (control surface) であるが、これはラダーに似たエレベーター (slab elevator でなければ通常は水平尾翼に設置) と補助翼 (aileron、主翼に設置) と共に方向制御をし、また後者は縦揺れ (pitch) と横揺れ (roll) も制御する。ラダーは通常は垂直尾翼 (vertical stabilizer) に設置されており、これによりパイロットは垂直軸の周りの偏揺れ、すなわち機首が向く水平方向の変化、を制御する。航空機におけるラダーの方向は 2 つの世界大戦の間の航空機の「黄金時代」から 21 世紀に至るまで 1 対のペダルの動きで操作した、しかし 1919 年以前のラダーの制御では中心に軸がある、がっしりした「ラダー棒」で操作し、これにはペダルと共に/あるいは「あぶみ」が両端に付いており、これによりパイロットの足は棒の裏面の端に密着していた。

訳注

右の絵は航空中のルフトハンザ、エアバス A319 の尾部、エレベータが見える (クリックすると拡大図)、 (Stab は Stabilizer の意味)。slab elevator とは水平尾翼が一体となって動くもののようです。
航空機には重心を通る 3 つの軸 (直交座標) がある。航空機が平面上を飛行するとすると
1. 進行方向の軸
2. 平面上で進行方向に垂直な軸
3. 平面に垂直な軸
縦揺れ (pitch) は 2 の軸の周りの回転、横揺れ (roll) は 1 の軸の周りの回転、偏揺れ (yaw) は 3 の軸の周りの回転

実際においては、補助翼 (エルロン、aileron) とラダーの制御入力は航空機を回転させるのに共に使用され、補助翼は横揺れを与え、ラダーは偏揺れを与え、逆偏揺れ (adverse yaw) と呼ばれる現象を相殺する。逆偏揺れ (adverse yaw) は、最も単純な補助翼のみを横揺れに使用すれば、すぐにも見ることができる。下方に動く補助翼 (aileron) は下げ翼 (フラップ, flap) のように行動し、一方の翼をより上昇させ、その結果空気抵抗が生じる (しかしながら、1930 年代以来、多くの航空機は Elise 補助翼や差動補助翼 (differential aileron) を使用し、これは逆偏揺れ (adverse yaw) を相殺し、通常の方向転換ではほとんど、あるいはまったくラダーの入力を必要としない)。初期には、この空気抵抗は航空機を望んでいる方向とは逆の方向に偏揺れさせた。ラダーのみでも伝統的な固定翼の方向を変えることができる。しかし、補助翼 (エルロン) を併用した場合よりははるかに遅い。ラダーと補助翼を併用すれば、協調した方向転換を生成し、この時、航空機の前後方向の軸が、回転の弧と一致し、スリップ (内滑り) すること (ラダー不足、under-ruddered) も、スキッド (外滑り) すること (ラダー過剰、over-ruddered) もない。低速度における不適切なラダーによる回転はスピンを促進し、これは低高度では危険になる。

訳注

aile (エル) は仏語の翼、aileron (エルロン) は翼端部のこと。英語で使用される仏語。
フラップ (flap) は補助翼 (aileron) と類似しているが、補助翼 (aileron) は横方向の制御のためにあり、フラップは左右の翼の揚力を同時に上げ下げするが、補助翼 (aileron) では一方の翼の揚力を上げ、もう一方の翼では何もしないか揚力を下げる。以上は Flap (aircraft) - Wikipedia の抜粋。

時にはパイロットは意図的にラダーと補助翼を逆方向に操作する。これは前方スリップ (forward slip) と呼ばれる操作である。これは横風を克服して胴体 (fuselage) を滑走路と同列 (in line) となるようにするためでもあるし、あるいは空気抵抗を増やして高度を急激に下げるためでもあるが、その両方の目的のこともある。カナダ航空のフライト 143 のパイロットが着陸に類似の技術を使用した、これはグライド・スロープ (着陸進入経路、glide slope) から余りに高度が高かったからである。

訳注

フライト 143 は、1983 年 7 月 22 日に、高度 12500 m で燃料をすべて使い果たしてしまいますが、無事に緊急着陸をすることができたそうです。機長はグライダーに詳しく、前方スリップはグライダーで使用される方法のようです。商用ジェットでグライダーの操作をした前代未聞のこと。1 人の犠牲者もいなかったとのことです。色々な人的エラーが積み重なった事故のようです。以上 Gimli Glider - Wikipediaからの抜粋。

どのような航空機のラダーも、大きな力に曝され、これにより力あるいはトルクの均衡点で位置が決まる。極端な場合には、この力によりラダーの制御が失われたり、ひいてはラダーが破壊されることもある。 (同じ原理が無論船舶にも適用される。しかし、これは航空機の方がより重要である。航空機の方が工学的マージンが小さいためである。) ラダーの最大角は「破壊限度角」(blowdown limit) と呼ばれ、これが達成されるのは空気の力と最大油圧が拮抗する時である。

トリムタブ (微調整タブ、trim tab) とは大きな制御面の後方の端に接続された面のことで、大きな制御面 (control surface) には、例えば船舶や航空機のラダーがあり、トリムタブは制御の微調整をするために使用され、流体あるいは空気力学的な力に対応し、船舶や航空機を特定の方向に安定化するものである。これにより常に力を制御する必要がなくなる。大きな制御面に対してタブの角度を調整するだけでよい。トリムタブの設定を変更して (エレベーターやラダーの) 制御面における停止位置 (ニュートラル) に調整する。制御面における望ましい位置は (主に速度の変化と共に) 変化する。トリムタブにより、この位置を維持するのに必要な人力を削減でき、適切に使用すれば、人手の使用はゼロである。従って、トリムタブはサーボタブとして動作する。トリムタブの力の中心点は、制御面の回転軸から、制御面の力の中心点よりもはるかに外にあるため、タブが生成する動きは制御面によって生成される動きに匹敵する。制御面とトリムタブのトルクが均衡する位置が制御面の実際の見かけの位置となる。


船尾材に搭載された中世のラダー鉄の「ちょうつうがい」方式は船体に恒久的に搭載した最初のラダー。大航海時代のナビゲーションに重要な貢献		フェニキアの船のクォーター・ラダー


後漢 (AD 25 年 - AD 220 年) の陶器船河川や海洋に使用するのもので、舳先に錨があり、船尾にラダーが付いている屋根、窓、扉がついた部屋と小さな船乗り		宋 (960 年 - 1279 年) 初期の絹に描かれた絵二隻の貨物船に小さな船が随行。郭忠恕の絵手前に見える船の大きな船尾ラダーに着目


「舵針と受けの付いたラダー」ハンザ同盟の旗艦 Adler von Lübeck (1567 年-1581 年) 当時、世界最大の船		船のラダーがオーク材に彫刻、15 C 頃デヴォン (Devon) のバー・フェラーズ (Bere Ferrers) 教会、 Cheyne 家と Willoughby 家の紋章


現代の船のラダー	航空機のラダー