こんにちは。記事を寄稿させていただく
UNICODEです。Besiegeで主にジェット戦闘機を作っています。
この記事は主にビルドサーフェス(
面の生成)とスケーリング限凸を使用した航空機の制作過程、理論、テクニックについてです。
ユーロファイタータイフーンの制作過程のスクリーンショットを交えつつ完成までの一連の流れを解説します。
はじめに
ここは事前知識の説明なので読み飛ばしてもらっても問題ありません。
Besiegeアドバンスドビルド
Besiegeでは、マシンデータ（.bsg）ファイルにマシンを構成するブロックごとに座標、回転、スケールと機能（パワーや質量等）のパラメータを持っています。
しかし、バニラのゲーム内ではスケールのパラメータは使用されず、バニラで制作されたマシンの全てのブロックでスケール値は(1,1,1)になっています。
また、機能パラメータもゲーム内での編集が可能ですが、ゲーム性の実現のため下限と上限が決まっていたり、バニラでは表示されない隠しパラメータも存在します。
実はこれらのパラメータがバニラで編集可能な値を超えていても（例えばスケール値が(2,0.5,4)、質量が10.0の
バラスト等）、バニラでのシミュレーションが問題なくできてしまいます。
ならば、これらのプロパティをゲーム内で制限無く編集するModを使用したり、作成した3Dモデルをブロックごとのスキンとして使うことで制作の幅は大きく広がるのではないでしょうか。
制作方針
私は、サーフェスによる造形とModを使用してスケール値の変更（以下、スケーリング）及び、ブロックプロパティの下限上限無視編集（以下、限凸）を使用しますが、バニラで機能しない物理法則や接続強度を変更するModは使用しません。
バニラで機能する最大限を利用して制作を進めていきます。
加えていくつかの個人的な制約
CCCanyon氏のAluminiumスキンのみの使用 (サーフェスの造形に適したテクスチャと無駄のないカラーバリエーション)
透明スキンの禁止 (スキンを外したときでもそれなりに見えるように禁止)
動作がGod toolに依存しない (無敵は甘え)
これらの制約は、その見栄えと完成度において作品を満足のいくものにします。
他人のマシンを見て技術を盗め！
これから造形のテクニックについて解説していく訳ですが、百聞は一見に如かず。
解説を放棄する気はありませんが、Steamにはワークショップ機能があるので私や世界のマシンをサブスクライブして分解してその仕組みを理解するのが手っ取り早いです。
航空機を作ろう（サーフェス編）
造形→機構→補強→空力調整の流れが基本です。
今回はそんな航空機、とりわけ固定翼ジェット戦闘機の制作過程を「航空機を作ろう（サーフェス編）」として、
制作工程をいくつかのテクニックを交えつつ工程別に解説します。
工程１.下準備
工程２.サーフェス造形
工程３.動翼およびランディングギアの機構
工程４.補強
工程５.空力調整
１.下準備
ここではいくつかの制作支援系のModを導入します。
残念ながらXbox版とMicrosoft Store版でのMod導入は難しいので大人しくSteam版を買いましょう。
また、Besiege内での制作をスムーズに行うため、制作物の下書きを用意するとよいでしょう。
制作環境構築
バニラのBesiegeではスケーリングと限凸をゲーム内で行うことができないため、いくつかの制作支援系Modを導入しましょう。
必要に応じて下記のModをSteamワークショップでサブスクライブしましょう。
ワークショップでのMod名と主な使用用途をまとめました。
Colliderscope
ブロックの当たり判定を表示するModです。ブロック同士の干渉の確認や、ブロックの接続を確認するのに使います。
本記事に登場するブロックの判定をそれぞれ以下の色で表示します。
First接続コライダー：赤
Mechn接続コライダー：桃
Second接続コライダー：橙
Sticky接続コライダー：黄
Add PT被接続コライダー：緑
C Solid被接続コライダー：青
N Solidコライダー：紫
Block Scaling Tools
サーフェスの隠しプロパティである”質量”、”厚さ”、”当たり判定の有無”をゲーム内で変更できるようになるほか、ツールバーにスケーリングツールを追加します。
また、ブロックのキーマッパーウィンドウの下にブロックの座標、回転、スケールの値の表示を追加します。
Additive Loading
別のマシンを制作中のマシンに重ねて読み込めるようになります。
必須ではないですが、機体を部品別に作ると軽量化の面で便利ですし、誤操作による事故が減ります。
Brace Cube
ブレースキューブの変形に使います。
必須ではないですが、サーフェスが基本の造形といえどブレースの方が便利な場合もあります。
...以上を導入すれば制作上は問題無いです。使いながらModに慣れていきましょう。
資料の用意
実在機をBesiegeで作るのなら資料が必要になります。
資料の質や情報量が多いほど制作は簡単で、制作物も正確なものになります。
Besiegeで、特にサーフェスでの制作にあたって、資料として3Dモデルを用意することをおすすめします。
三面図もよいかもしれませんが、軸平面上にない位置の情報がないため、質と情報量が十分であるとはいえません。
出来るだけ、3Dモデルが欲しいところです。
3Dモデルをスキンとして読み込む
BesiegeはWavefront .obj モデルをスキンとして利用可能です。
用意した3Dモデルを.objで書き出してBesiegeのスキンとしてブロックに割り当てましょう。
このときスキン制作上の制限には注意しましょう。ポリゴン数やモデルの大きさに制限があります。
また、スキンはBlender上と左右が反転するので気を付けてください。
Blender上のモデルがスキンに割り当てられるとスケールが大小する場合があるので、
Instrumentality Modで追加されるタブを見ながらスケーリングして、下書きモデルの大きさを合わせましょう。
航空機なら大きさは全幅に合わせるとより正確です。
マシンの向きと接続 (発展)
サーフェスの被接続コライダーは数が多く機構との両立が難しい場合があります。
例えば
ヒンジや
キャノンの接続がサーフェスに吸収されてしまってフレームのバラストに接続できない等の問題が挙げられます。
そんな時に考慮すべきなのが制作する際のマシンの向きです。
ブロックは接続コライダーの範囲のうちX座標が最も後ろにあるブロックに接続する傾向があるため、複雑な機構を持つ機体を作るなら、初期カメラ位置から見て左側が機首になるようにすると効率的に制作を進められる場合があります。
これはローカル座標で回転しても意味がないので、上記の問題で躓いてこの方法を試したいのなら、全選択してグローバル座標で回転しましょう。それでもやはり後からの変更が面倒な事項なので、かなり発展的な内容になりますが、機体に高火力な反動抑制砲や可変翼を採用したいなら初期から考慮すべき事項なので下準備の項目とさせていただきました。
２.サーフェス造形
サーフェスを知り、サーフェス造形のテクニックを学び、一つ上の造形を目指しましょう。
ビルドサーフェス(面の生成)とは
3つから4つの点を結ぶことで初めてブロックとして存在しうる、追加時から未だに試験機能であるブロックである。
ブロックIDは71から73までを使い、.bsgファイル上ではID 71が3もしくは4つ、ID 72が3もしくは4つ、ID 73が1つで構成され、
ID 71がそれぞれの角を、ID 72がそれぞれの辺を、ID 73がサーフェスのプロパティを管理する。
|
面の生成（BUILD SURFACE） |
BlockID71~73
重量不定
接続判定3~4個
空気抵抗使うな
破壊属性負荷、衝撃、(燃焼)
俗称等サーフェス、板 |
木製、あるいはガラス製の板状のブロック
四隅とその中点を自由に変形させることができるというこれまでにない特徴を持つ
木とガラスの2種類は、それぞれ壊れ方などの諸特性が異なる
木モードの場合、色を変えたり空気抵抗をもたせたりすることができる
詳細は調査中→サーフェスブロックに関するメモ |
サーフェスの性質
まずはサーフェスの性質の基本を理解しましょう。
▼Block Scaling Toolsが導入されている状態のサーフェスのキーマッパーウィンドウ
サーフェスの判定
サーフェスは各頂点にブロックに接続するFirst接続コライダー、被接続判定を持つAdd PT被接続コライダーをもち、
サーフェスの形状によって変化する、接続判定を持たないN Solidコライダーからなります。
N Solidコライダーはサーフェスの形状に完全に沿った形ではなく、複数または単一の直方体で
これはBlock Scaling Toolsを導入した環境だと、サーフェスのキーマッパーウィンドウにN Solidコライダー有効/無効のプロパティが追加され、無効化することができます。
基本はサーフェスの干渉を避けるためN Solidコライダーが無効化されたサーフェスで造形をしますが、
例外的にN Solidコライダーが無効化されていると不都合なことがあります。
詳細は３.動翼およびランディングギアの機構 - 動翼 - 歪み動翼使用上の注意で説明します。
▼Colliderscopeで可視化されたサーフェスの判定
サーフェスの接続特性
サーフェスが他のサーフェスと接続するとき、Firstコライダーはより小さいサーフェスのAdd PTコライダーと優先的に接続する
サーフェスのFirstコライダーはSecondコライダーを無効にしない
サーフェスの空力
サーフェスの空力はキーマッパーウィンドウから設定でき、有効/無効のプロパティを持ちます。（デフォルトで有効）
サーフェスの空力はプロペラのようなふるまいをせず、ウィングパネルのような進行方向に対する抗力として働きます。
造形をする際、折り曲げられたサーフェスの空力の合力は予測不可能かつ不均一な空力を生むので、例外なくサーフェスの空力は無効にしましょう。
サーフェスの質量
普通、サーフェスの質量mは0.1≦mをとり、質量未設定のサーフェスの質量はおおよそサーフェスの面積に比例し、スケール値の逆数の２乗に比例していると考えてください。
Block Scaling Toolsを導入するとサーフェスのキーマッパーウィンドウに質量のロパティが追加されます。
デフォルトの値は０で、これは質量が未設定であることを意味します。また、設定できる質量も0<mに拡張されます。
ただし造形の際は基本的に、質量は0.1に設定しておきましょう。これ以上軽くても強度に問題が出ますし十分に軽いので。
例外的にこれ以外の値を入力する場合もありますが、詳細は３.動翼およびランディングギアの機構で説明します。
質量未設定(0)は質量の自動算出を意味しており、スケール値の小さいサーフェスの質量はかなり大きなものになってしまうので必ず0.1を入力しましょう。
サーフェスの厚さ
Block Scaling Toolsを導入するとサーフェスのキーマッパーウィンドウに厚さのプロパティが追加され、厚さtを0.01≦t≦0.8の間で変更でき、
さらにNo Boundsを導入すると0.005≦t≦0.12へ拡張できます。
デフォルトの値は0.8です。
薄い方が有利なので造形の際は基本的に、厚さは0.005に設定しておきましょう。0.01より薄くできます。忘れないように。
▼図のようにサーフェスは薄いほどその継ぎ目のギャップが小さくなります。
サーフェスのスケーリング
サーフェスはBlock Scaling Toolsでスケーリングすることができ、キーマッパーウィンドウ下のトランスフォームウィンドウに直接スケール値を入力することで大きさを維持したままそのスケール値を変更できます。
スケーリングされたサーフェスはFirst接続コライダーとAdd PT被接続コライダーがスケーリングされN Solidコライダーも薄くなります。
また、見た目もスケール値によって厚さが変化します。
造形の際には、全体の厚さを合わせる必要があるため以下の計算で同じ厚さになるようにサーフェスの厚さプロパティの値を調整します。
サーフェスのスケール値と厚さの関係
サーフェスのスケール値と厚さ値は反比例し、スケール値をx、設定する厚さ値をt₁(0.005≦t₁≦0.12)、実際の厚さをt₂とすると、t₁=t₂/xを満たします。
つまりスケール値1で厚さ0.005のサーフェスと、スケール値x=0.3のサーフェスを同じ厚さにしたいときは、厚さt₁=0.0166666...に設定すればよいということになります。
▼スケール値１(左)とスケール値0.3(右)を同じ厚さに合わせている。
サーフェスのポリゴン (発展)
サーフェスのポリゴンの分割数はノード間の距離とアールによって1、5~10の辺に分割され、対辺の分割数は等しく、長い方の辺によって決まる。
▼シェーダーを利用してメッシュを可視化したもの、辺の長さによって分割数が決まる。一番小さいものが1m×1m。
▼上のサーフェスの対辺が長いせいで二つのサーフェスの接合辺で齟齬が生じている。なるべく避けたい貼り方だ。
サーフェスのテクニック
Object Explorerでサーフェスの自動マージを無効化する
Object Explorerを導入すると、
Ctrl ＋ OでObject Explorerタブが出現するので、
"Placement: Merge Surface Nodes On Deselect"のチェックを外すと、サーフェスの接続ノードが自動で接続されなくなります。
このテクニックによって可能になることは多く、例をあげるなら、
サーフェスを折りたたんで、接続ノードを片側に移動させる手法があります。
これは続く動翼やランディングギアドアなどのサーフェス同士が接続して欲しくない時にとても有用です。
また、この手法はあえてサーフェスを接続したくないとき、たとえば、後述する動翼を造形する際に非常に役に立ちます。
他にも、結合しているサーフェスどうしをあえて
Ctrl＋Bで切り離し、移動することで継ぎ目を目立たなくすることができます。
サーフェスの向き
サーフェスはサーフェスを貼るときの"始点"と"次の点の向き"によって、異なるふるまいをします。サーフェスの貼り方には注意しましょう。
▼航空機のノーズコーンを作るときは画像左側の貼り方をおすすめします。
同じ理屈で四角形の同じ形のサーフェスでも、どの点からどちら向きに張るかで８通りの張り方があり、その張り方を合わせることでより滑らかに見えるようになります。
しかし、それだけ手間も増えるので意識する程度に収めてもいいでしょう。少なくともデフォルトテクスチャの木目の向きぐらいは合わせたいところ。
▼パターンを合わせやるとテクスチャのつなぎ目が分かりにくくより滑らかに見える。
▼バラバラだったら...？ そんなに変わらないかも？
サーフェスの貼り方
基本
上記に上げたテクニックを駆使して、下書きモデルの上からサーフェスを貼っていきましょう。機首から機尾へ貼っていきましょう。
一点から貼り始めないと、途中で辻褄が合わなくなってしまう可能性があります。
うまくサーフェスを貼るコツは一点から貼り始めることです。
妥協点を見つける
ただでさえ処理負荷が大きいサーフェスが100~200枚に達するのである程度の妥協は強いられることになります。
機体をおおよその円筒形とみて側面を何分割するかで全体的な解像度が決まってきます。分割数が多くなれば見栄えは良くなりますが必要なサーフェスの数も多くなり、
少なくなれば見栄えは落ちますが必要なサーフェスの数は減ります。
Typhoon作業経過②：サーフェス張り
ノーズコーンがかなり良くできています。上部を4分割、下部を2分割、ノーズコーンは6つのサーフェスからなっています。
これは前項のサーフェスの向きで説明した三角サーフェスを使用しています。
機首と胴体を繋ぐ部分とエアブレーキをどうするか悩んでいるのは、機首側と機尾側から同時に作っていたための失敗です。
前縁フラップを作る気だったようですが。最終的に妥協します。前縁フラップ（スラット）は多くの場合妥協の犠牲になります。
３.動翼およびランディングギアの機構
航空機の動きのある部分、機体の最終的な見た目の完成度を大きく左右するだけでなく、操作性にも関係する重要な工程です。
動翼
動翼といっても様々ですが、多くが一定の軸を中心に角度制限をつけて操縦翼面を回転するものです。
といっても、Besiegeでは操縦翼面に当たる気流が機体を回転するのではなく（サーフェスの空力を有効にすれば擬似的に再現可能ですが）、
操縦翼面内に内蔵したプロペラの変位によって全体の空力安定が崩れることで機体がピッチ、ロール、ヨーを行います。
動翼の種類
動翼の種類は現実にいくつかあります。フラップ、エルロン、ラダー、エレベータ、スポイラーその派生としてのドラッグ・ラダーやフラッペロン。
自分が作る機体について調べて、どのように可動し、その結果機体がどのような機動をするのか理解しておきましょう。
動翼の作り方
主操縦翼面は基本的に後述する、歪み動翼を用いましょう。
二次操縦翼面以外でのヒンジの自動戻りを利用した動翼はおすすめしません。
主操縦翼面にヒンジを使うべきではない理由は主に、
・ヒンジは回転速度を変更できるが、自動戻りの速度はヒンジは回転速度によらず一定で、機体の引き戻しが発生しやすいこと
・ヒンジはX軸方向に縮小すると回転軸方向の強度が弱まるので、動翼として薄い主翼などに埋め込むには不向きであること
・ヒンジはシミュレーション開始時に僅かに曲がるので常に水平でなく、空力安定性に欠くこと
・ヒンジのスキンを翼内に隠すのが難しいこと
などが挙げられます。スケーリングされた時の強度が一番大きな問題で、動翼内のプロペラにかかる力に耐えられず破損したり。歪みが発生し、引き戻しの原因になったりします。
限られたスペースの中で強度面でヒンジに大きく上回るのが歪み動翼なわけです。
歪み動翼
歪み動翼はパワード系ホイール/コグがその頭と根本を固定されているとき、条件下で歪みが軸回転方向のみに制限され、
自動戻りヒンジのような挙動をすることを利用した機構です。
歪み動翼はホイールの接続するバラストに接続したブロックすべてに歪みを適応します。この特性を利用してバラストにプロペラとサーフェスを接続し、動翼とします。
ここではホイール、バラスト、ブレースを使った仕組みを紹介します。
▲これらは２つの歪み動翼の模式的なサンプルと実際に動作する様子です。
上の機構①ではホイールは小バラストと接続していて、ブレースが小バラストと大バラストを小バラストにFirst接続で接続しています。この機構では小バラストは動翼と一緒に動きません。
下の機構②ではホイールは大バラストに接続していて、小バラストがホイールの頭に接続しています。そして小バラストにブレースがFirst接続で接続していて大バラストとを固定しています。この機構だと小バラストは動翼と一緒に動きます。
この機構を作るときの注意点は接続順序（.bsgセーブファイル上での順番）にセンシティブな点です。
適切な接続順序にあるときは動作の完全な再現性を持ちますが、正しい接続順序でないと動作しなくなります。（後述）
その点、機構②は接続順序が厳しく、上の機構①の方が作りやすさの面で優秀なのでおすすめです。
ただし、機構②のほうが同じホイールの回転速度でより大きな角度で曲がる利点もあります。
これらの機構の特徴として、ホイールの回転速度を大きくするか、バラストの重量を小さくすると曲がる角度が大きくなり、
オートブレーキがオンの時はゆっくり戻り、オフの時は瞬時に戻るようになります。ただし、ホイールの回転速度を15～に設定すると歪みに耐えられず爆散するので注意しましょう。
これは説明より実際にマシンを触って分解したほうが理解しやすいと思います。
なので、ワークショップでマシンを積極的にサブスクライブして分解してみましょう。
▼バラストに直接接続せずとも間接的(バラストに接続したブロック)に接続していれば一緒に曲がるのでこのようなこともできます。
歪み動翼使用上の注意
この機構は強度や質量によらずバラストに接続する全てのブロックに歪みを適応しますが、機能こそすれど、この機構に適さない例外もあります。それはC Solid被接続コライダー及びN Solidコライダーを持たないブロック(ブレース等)であり、これにはコライダーを無効にしたサーフェスも含まれます。
これらのSolidコライダーを持たない(単体では地面を貫通して落ちていく)ブロックは歪み動翼のバラストに接続すると、非常に不安定でゆるゆるになります。なので動翼のサーフェスは絶対にコライダーを有効にしましょう。
そのほかに、歪み動翼の構成パーツのローカル座標Z軸が一直線上に無い場合、予期せぬ歪みが発生する場合があります。
動翼が接続するバラストを画像の状態からずらしたり回転させたりすると軸以外の歪みが発生するので注意しましょう。
歪み動翼と接続順序
ここまで歪み動翼を説明しましたがこれを完全に理解するためにはまだ一つ、接続順序について知る必要があります。
接続順序はブロックの座標に次いで接続を決定づける要素になってきます。前述の通り、この機構は接続順序にセンシティブであり、正しい接続順序を守らないとうまく機能しないことがあります。
接続順序とは.bsgファイル上の順序で、設置された順番が上に行くほど古く、下に行くほど若いブロックになります。
これは 削除→戻る での再設置で順序の変更が可能であり、再設置されたブロックはその時最も若い順序になります。
それをふまえて、ここでは上記で紹介したうち①の方の機構を前提に歪み動翼の接続順序の調整について説明します。
機構を構成するコンポーネントを
ブレース₁（ホイールのAdd PT被接続コライダーにfirst接続コライダーで接続するもの）
ブレース₂（バラストにfirst接続コライダーで接続するもの）
ホイール
バラスト
プロペラ
サーフェス
とすると
古い
↓
（ブレース₁、ブレース₂）・・・ブレース
↓
（プロペラ、サーフェス）・・・バラストに接続するもの
↓
（ホイール、バラスト）
↓
若い
※（）内は順不同}
この接続順序になる必要があります。
ここで接続順序を変更する方法ですが、対象を選択してXキーで削除→Ctrl＋Zで戻る、で対象が接続順序の最後に来ると考えましょう。なので、
ブレースを選択 → 削除 → 戻す → プロペラ、サーフェスを選択 → 削除 → 戻す → ホイール、バラストを選択 → 削除 → 戻す
このようにすると正しい順番に接続順序を並べることができます。
ドロップダウンを利用する (発展)
シミュレーション開始直後、動翼を落下させて正しい位置に配置する方法です。
どうしてもサーフェスの接続判定などの都合で動翼の配置が難しいとき、この方法を使いましょう。
ブレースはFirst接続とSticky接続を持ち、First接続などと違い、ブレースのSticky接続は複数のブロックに接続できます。
加えて、どのブロックとも接続していないSticky接続はシミュレーション開始後数秒間接続判定を維持し、グラバーのようなふるまいをします。
これらの特性を利用して動翼を落下させて正しい位置に配置します。
この方法では接続される側が不安定だとうまくいかないのでピンブロックを使って空中に固定したあと
ロジックで解放します。
▼シミュレーション開始直後からブレースの
Sticky接続が翼内のバラストにぶつかるまで落下し、接続しています。
正しい位置に動翼を落下させるには、翼内の被接続コライダーをギリギリSticky接続がかすめる位置に配置しなければいけないほか、
落下させる高度を高くしたり低くしたりすることで微調整が可能です。
しかし、やはり微調整の手間が大きいのでできれば避けたい手段ではあります。
歪み動翼のトラブルシューティング
動かない、動きが鈍い
→接続順序が正しくない、またはホイールの回転速度の設定が小さすぎる、またはバラストの設定質量が大きすぎる
①の歪み動翼を作ったがバラストが動く
→接続順序が正しくない、バラストに接続しているパーツの接続順序がバラストより後になっている
プロペラ、サーフェスなどバラストに接続しているものの一部が動かない
→接続順序が正しくない、動かないパーツの接続順序がブレースより前になっている
動翼が軸方向以外に歪む
→ブレース、ホイール、バラストの軸の整列がとれていない、ローカルZ軸がそろうように配置しましょう
サーフェスがひどくたわむ
→サーフェスのコライダーが無効になっていませんか？動翼に関しては、例外的にコライダーは有効である必要があります。
二次操縦翼面（フラップ、エアブレーキ、スラット）
ここではヒンジが活躍します。ただし、ヒンジはシミュレーション開始時に多少歪むので互いに歪みを相殺するように、ミラーツールでヒンジを選択して緑色の向きで反転しましょう。
x軸で反転コピーした際も、ヒンジの歪み方向が反転するので緑色の向きで反転しましょう。
ただし、これだけではピッチ下げとしての空力効果しかないため、機体前方にピッチ下げ効果を相殺するヒンジとプロペラを取り付ける必要があります。
▼空力重心を挟んで動翼と反対側にピッチ効果を打ち消すヒンジとプロペラが配置されています。
ランディングギア
サーフェスの当たり判定無効プロパティが追加されたので、わざわざギアのカバーを可動する必要は無く、めり込むようにランディングギアを格納することもできますが、せっかくなのでギアのドアも可動させたいですよね。
▼サーフェスの当たり判定が無効だから妥協すれば右側のようにすることもできる。作業量は格段に減る。
ランディングギアの作り方
ランディングギアの構造は接続強度との闘いになります。
脆すぎると滑走中に壊れてしまったり、格納後に機体にかかるGで歪んで機体から飛び出して見えたり、土煙が出たり、美しくありません。
基本的に格納用のヒンジにショックアブソーバーのスプリング、そこにホイールをつけるというシンプルな構造になります。
ホイールの加速度を0にすると回転の抵抗が減り、離陸滑走時抵抗によってギアが折れることがなくなります。
ホイールの加速度を0にするのは、かなり大切なことなので、作る時は忘れずに。
▼上の例はよくない配置の例です。ホイールとスプリングが接続関係に無いため反発し脆く、滑走中に折れます。
F-16やF-104など、メインギアが45度斜めについている機体のメインギアはスプリングを配置すべきではありません。
斜めの場合、ヒンジの接続の弾性に任せて十分離着陸の衝撃に耐えられます。
▼F-16Cのランディングギア。少し複雑だが基本は同じ、ヒンジの素体に機構を妨げないようにスプリングと
ボールジョイントが装飾されている。
Typhoon作業経過③：ランディングギア
フロントギアの仕組みは上記と同じもの。内側に引き込んで格納します。
メインギアは、主翼内のヒンジがバラストに接続、そのバラストにカバーとスプリングが互いに接続しないように配置されています。
ランディングギアドア
ギア回りはコライダーが集中しがちで、サーフェスでギアドアを作ろうとすると当たり判定を避けたせいでギアドアの形がいびつになりがちです。
サーフェスのコライダーはを避けてギアドアの形がいびつになっている悪い例👇
そんなときはサーフェスを折りたたんで接続判定を回避しましょう。良い例👇
Typhoon作業経過④：ランディングギアドア
ギアドアはサーフェスを折りたたみ、サーフェスの接続ノードを回避しています。
フロントギアのドアは二枚のサーフェスからなります。
４.補強
大まかな機体構造が完了したところで、補強用のバラストの配置について考えていきたいと思います。
補強方法
サーフェスを固定するのはブレースではなくバラストです。
サーフェスをバラストに接続し、そのバラスト同士をブレースで固定することでより高い強度を持つからです。
配置の際に考えるべきことはいくつかあります。
①.なるべく多くのサーフェスのFirstコライダーにバラストのC Slicdが重なるようにする
このときサーフェスはバラストに接続し、サーフェス同士が接続するよりも質量のあるバラストに接続する方が接続強度が強くなります。
②.動翼やランディングギアなどの機構が接続できる位置であるかどうか
機構の都合でバラストの位置を決めるのもよいでしょう。補強と機構を両立できるならなおよいです。
③.構造的に弱い場所を固定する
例えば、翼端やサーフェスが重力で歪んでしまう場所に重点的にバラストを配置しましょう。
④.推力源やプロペラの配置を見越した配置をする
次の工程として空力調整が待っています。航空機の推力源やプロペラの配置を考えて補強用バラストを配置しましょう。
バラストの質量設定
基本的に質量の分だけ接続強度は高くなります。ただし、機体重量が大きくなるのは避けたいので、
バラストの設定質量は大体2~5が普通です。より多くのパーツが接続する部分は他より大きい質量にするとよいでしょう。
強力なキャノンを搭載したいとき
航空機に威力10倍以上の高出力キャノンを反動抑制装置なしで搭載したい場合は、キャノンと推力源が同じ補強体に接続するようにして、質量を15~20と大きめに設定しましょう。
キャノンと推力源では逆向きの大きな力がかかるので同じバラストに接続していない場合、その力がすべてブレースにかかることになり爆散します。
また、下準備項目で解説したように機体を横向きに建造するとX座標が最も小さいブロックに接続する特性より、キャノンが配置しやすくなる利点があります。この特性から
サスペンションを利用した反動抑制装置も作りやすく、20倍以上のキャノンも搭載出来るような機体を作るのに役立ちます。
Typhoon作業経過⑤：補強
機体を支える中心は中央の長いバラストで一番の質量があります。
これは強力なキャノンを搭載するため。また、他のすべてのバラストが接続するために大きな質量を持っています。
垂直尾翼のバラスト、主翼端のバラストがブレースで固定されます。
バラストだけでなくメインギア格納用のヒンジを固定するためのブレースもあります。
ねじり方向への耐性を強くするため、必ず二つ以上のブレースで固定しましょう。
５.空力調整
ここまではまだただの張り子です。飛ばすためにはいくつか作業が必要です。
これから行う作業は、機体の適切な位置にプロペラブロックとフライングブロックを配置することで
"機体を空中で安定させる"作業です。ここではこれを
空力調整と呼びます。
ここでは、
ピッチ、
ロール、
ヨーの三軸に分けてそれぞれの空力調整について解説していこうと思います。
空力調整を始める前に
前述しましたが、サーフェスの空力効果はすべて外してください。
高速時サーフェスに働く空力に機体が耐えられず損壊したり、機体にはたらく空力のベクトルが煩雑化し、空力調整を困難にします。今一度全てのサーフェスの空力効果のチェックが外れているか確認しましょう。
謎加速プロペラ（後述）をとにかくたくさん配置して飛ばそうとするのはやめましょう。
適当に配置して高速時に勝手に機首上げをしたり、低速時に機首下げが起こったり、そうして真っ直ぐに飛ぶまでプロペラの数がかさむと、離陸時に機体を地面に押し付ける力が働き離陸しにくくなったり、機動性が悪くなったり、プロペラの物理演算で重くなったり悪循環に陥ります。
うまくやれば質量200以上の機体を動翼含めてプロペラ40枚で飛びます。うまくやりましょう。
謎加速プロペラについて
私は空力調整にラージプロペラを使っています。
ラージプロペラはおよそ23.069°回転すると水平になり、謎加速と呼ばれる空力効果を生みます。空力調整では主にこの謎加速プロペラを使用します。
謎加速にははたらく向きがあり、向きとは謎加速プロペラ単体を自由落下させたときに飛んでいく方向のことです。
空力調整の際は必ず機体進行方向に謎加速がはたらくようにしましょう。
AC Head-Up Display Modの使い方
AC Head-Up Display Modは
カメラブロックにACE COMBAT風のヘッドアップディスプレイを表示できるようにします。
雰囲気のためではなく、機体の迎え角と速度を見るために使います。
カメラブロックにHUDという項目が追加されるので、チェックを入れてシミュレーション中そのカメラの視点にするとヘッドアップディスプレイが表示されます。
機体の平行を正しく測定するためにカメラタイプは一人称に設定し、地面対して水平になるようにカメラの位置を調整しましょう。
▼機体を後ろからとらえるようなアングルがよいです。
推力源
推力はヒンジに水砲や
フライングブロックをつけて90°可動するようにすることでシームレスな推力の調整が可能になります。
フライングブロックはある程度以上の推力に耐えられずヒンジから千切れてしまうので、それ以上の推力が必要なときはパワーをマイナスに設定した水砲を代わりに使うようにしましょう。
▼出力が調整可能な推力原の例
推力用のフライングブロック（または水砲）は
重心と同じぐらいの高さ、重心よりも後ろに配置すると、調整が楽です。
ピッチの調整
良く空力調整された機体とは、無操作状態で勝手にピッチ上げや下げが起こらない機体のことです。
良い空力調整のためには、重心、推力重心、空力重心の位置関係が重要です。
適切な位置関係において機体は「まっすぐ飛ぶ」ことになります。
以下に説明する方法は、今までの経験からくる空力調整の感覚的なところを出来るだけ論理的に説明したものです。
謎加速プロペラの配置
とりあえず、謎加速プロペラを配置します。後から調整するので適当でいいですが、機首から機尾にかけてまんべんなく、左右対称になるように配置します。
質量200~300の機体なら、動翼の分を含めて20~30枚で十分でしょう。左右対称なので10~15対ということになります。
基本的に空力バランスを崩さないために、対称の位置にあるプロペラ同士は一緒に動かして後述の調整をします。
注意する点としては、極端に重心より高かったり低かったりすることがないようにすることと、コライダーの干渉に気を付けることです。
▼配置の例
※1.これはロールの調整にも影響があるので先に「ロールの調整」のほうも読んでおくことをおすすめします。
※2.ここから先の工程に進むにはヨーの調整も並行して行う必要があります「ヨーの調整」を確認することをおすすめします。
次に、機体を高いところに持っていきましょう。機体のグローバル座標200ぐらいに持ってくれば十分でしょう。
シミュレーションを開始して機体を自由落下させ、機体がなるべく落下中水平を保つようにプロペラの位置を調整します。
水平かどうかはAC Head-Up Display Modのヘッドアップディスプレイで確認しましょう。
機首から落ちる場合、プロペラが後ろに偏りすぎているので少しずつ前へずらす。
機尾から落ちる場合、プロペラが前に偏りすぎているので少しずつ後ろへずらす。
これを何度か繰り返して、墜落直前に少し機首が落ちるぐらいに水平を保つように調整します。
この調整により低速時の安定性が向上します。
このまま機体に推力を与えてみましょう。おそらくまっすぐ飛ぶことは無く機首下げを行い最終的に墜落するはずです。
このときの機首下げは5°/s以下の角速度が目安です。それより早い場合は推力重心が重心または空力重心より高すぎます。少し下にずらしてみましょう。
機首上げを行う場合は推力重心が重心または空力重心より低すぎることが原因です。少し上にずらしてみましょう。
現状の機体は、速度が上がると一定割合で機首を下げてしまいます。
まっすぐ飛ばすために、機首下げをちょうど打ち消すプロペラを配置します。
ピッチ下げ対策
今の機首下げ行ってしまう機体をプロペラ２枚１対で解決します。
そのプロペラの配置についてですが、プロペラの性質を、あえて揚力という言葉を使わないで説明すると、
「プロペラに加わる上方向の力の大きさ」は速度に比例し、プロペラの角度の関数であるので。
プロペラの角度は変化しないとすると、
「プロペラに加わる上方向の力の大きさ」はプロペラの角度から求められる定数を比例定数として速度に比例する。
早い話が、「速度によって一定割合ではたらく機首を下げる力」と今から配置するプロペラの「速度によって一定割合はたらく機首を上に持ち上げる力」がつり合えばよいということです。
このつり合いで重要なのがプロペラの角度です。この角度は謎加速角度にはなりません。
よって、この空力調整過程では角度と位置を調整する必要があります。
さらに、このプロペラの配置によって前工程の謎加速プロペラの調整が少し狂ってしまうので、そっちも再調整が必要です。
▼ピッチ下げ対策プロペラの配置例 水色が重心、赤が推力重心、黄色が空力重心を表す。
揚力増強
このままでは揚力（機体を垂直に持ち上げる力）が足りず、離陸に支障がでたり、水平飛行をしているにもかかわらず高度が下がったりします。
謎加速のみでは機体にはたらく重力とつり合わないためです。
そこで２対のプロペラを前後につり合うように配置することで揚力を高めます。動翼の作り方で解説したフラップと機能は同じです、ただ常に動作している内蔵のフラップといった感じです。
必用に応じてプロペラの角度を調整し、高度を維持できるようにしましょう。
ただし上記のプロペラの性質上、速度と揚力は比例関係にあり、速度が上がると揚力も大きくなります。
つまり、ある一定速度で重力と揚力がつり合い、それ以上の速度では高度が上昇し始め、それ以下では降下します。
これは現実の航空機にも同じことが起こるのですが、現実ではフラップや動翼を自動操作し、高度を維持しています。
Besiegeにコンピューターが追加されれば話は別ですが、速度によらず常に同じ高度で水平飛行を行うのは難しいです。
プロペラの角度を調整すれば、ある速度で水平に飛行するように調整できます。私は600km/hで水平飛行するように調整しています。
まとめ
サーフェスの空気抵抗は使用しないでください。
謎加速プロペラの配置→ピッチ下げ対策→揚力増強 の流れでピッチの調整をします。
▼スロットルを上げ加速する機体の軌跡を図に示したもの。
まずは機首下げ一辺倒、低速での安定性を重視した空力調整をします。
次に速度上げにともなう機首下げを打ち消すプロペラを配置。
最後に機体の揚力を調整するといった感じの流れになります。
▼謎加速プロペラを赤、ピッチ下げ対策プロペラを黄、揚力増強プロペラを青で示した配置例です。
ロールの調整
ロールの調整は、ピッチの調整に対して考えるべきことはそれほど多くはないです。
ピッチ調整時の謎加速プロペラの配置の注意について一つだけ。
一番外側のエルロンよりも外側に謎加速プロペラを左右に2~3枚ずつ配置しましょう。
謎加速プロペラを機体の翼端側に配置することでロール時のキレが良くなります。入力をやめたときにロールがピタッっと止まります。
その他にも機体が勝手にロールするのを抑えることができます。
ロールの調整で直面する問題のトラブルシューティング
推力を与えると勝手にロールする
→フラップなどに使ったヒンジの歪みが左右対称でないことが原因の可能性。
翼端側にプロペラを配置したのにロール後ピタッと止まらない
→エルロンのホイールのオートブレーキがオンになっている。または、エルロンにヒンジを使っていることが原因の可能性。
ヨーの調整
基本的に縦に配置した謎加速プロペラを左右対称に二組ずつ配置していきます。
大体14~20枚、7~10組程度で十分です。それ以上多いとラダーが一枚しかない機体の場合ヨーの効きが悪いなどの問題の原因となります。
ヨーの謎加速プロペラ配置の注意
機体の翼端側に謎加速プロペラを左右に1~2枚ずつ配置しましょう。これがないとヨーはかなり不安定です。
ヨーの調整
次に、機体を横に90°回転させ、推力を与えて機首から落ちるようにプロペラの調整する、
早く落ちすぎる場合は機首側にプロペラを移動する。機首が上がる場合は機尾側にプロペラを移動する。
勝手にロールする場合はロールした方向にプロペラを移動する。
ヨーの調整で直面する問題のトラブルシューティング
ピッチの調整で機体を自由落下または推力を与えた時に機体が横回転を始める
→機体翼端側のプロペラの数が少なすぎる。または、ヨー調整用のプロペラ機体中央に集中しすぎていることが原因の可能性。
ラダーを動作させているのにロールがおこる。
→ラダーのプロペラの位置が高すぎるか、ヨーの調整不足が原因の可能性。
ヨーの効きが悪い
→翼端側に配置したプロペラの数が多すぎる。または、全体的にヨーのプロペラの数が多すぎることが原因の可能性。
最後に
最後まで機体を仕上げるのは結構大変です。途中で行き詰まるかもしれません。
ですが、自分で一から作った機体が大空を飛ぶ喜びは何機作ってもその大きさは変わりません。
完成した機体をワークショップにアップロードしたり、Discordのコミュニティで公開するのもいいでしょう。
私もあなたの機体を見たいし、飛ばしたいです。
良きBesiege航空機ライフを！
最後までこの記事にお付き合いいただきありがとうございました。
―UNICODE
最終更新：2023年01月08日 04:05
