シミュレーション技術には、常に新しい概念や革新的な技術が登場し、進化し続けています。コントロールスティックと聞くと、多くの人が、押し引きして動きを再現するジョイスティックを思い浮かべるでしょう。では、スティックがほとんど動かないとしたらどうでしょうか？

これが、力感知サイドスティックの基本となる考え方です。パイロットがスティックをどれだけ動かすかを測定するのではなく、システムは加えられた力とその方向を測定します。そして、飛行制御システムがその力を機体のコマンドに変換します。

意外に聞こえるかもしれませんが、力感知サイドスティックの使用には実用的な利点があります。これは、現代のフライ・バイ・ワイヤー戦闘機が導入した制御思想の最も大きな変化の一つです。今やフライトシムのパイロットにとって、重要な疑問が生まれます。スティックがほとんど動かないなら、実際に機体をどうやって操縦すればよいのでしょうか？ 詳しく見ていきましょう。

動きではなく力を測定

力感知サイドスティックを理解する最も簡単な方法は、スティックの位置を考えるのをやめることです。従来のフライトシミュレーターのジョイスティックは、ジョイスティックがどれだけ変位したかに依存しており、センサーを使ってスティックが各軸のどの位置にあるかを検出します。そして、スティックの位置が対応する制御面や飛行制御コマンドに割り当てられます。つまり、スティックの物理的な位置が機体の動きを決定するのです。

しかし、力感知ジョイスティックはそれとは異なります。大きな物理的な動きに頼るのではなく、センサーはコントロールに加わる力を測定します。内部のひずみゲージを使って加えられた荷重を検出できます。基本的な仕組みは次のようになります。

従来のジョイスティック：

動き → 位置 → 機体コマンド

力感知サイドスティック：

力 → 測定 → 機体コマンド

力感知スティックは、大きな機械的な変位ではなく力に基づいて制御するように設計されているため、等尺性ジョイスティックとも呼ばれることがあります。これは理解しておくべき重要な違いです。

力感知サイドスティックは、単にストロークの短いジョイスティックではありません。まったく異なる制御思想を採用しています。力感知サイドスティックでは、パイロットは力を入力し、機体はそれを読み取ります。この違いは、F-16において特に重要になります。

F-16：力感知サイドスティックの始まり

F-16は、力感知飛行制御の最もよく知られた例の一つです。この機体は 1974年に初飛行し、1978年に実戦配備されました。フライ・バイ・ワイヤー飛行制御と力感知サイドスティックを組み合わせた最初の量産戦闘機でした。しかし、主な目的は単なる再設計ではありませんでした。

機体全体が、飛行制御システムとやり取りする新しい方法に基づいて設計されました。パイロットは従来の機械的な制御面を直接操作する代わりに、サイドスティックに力を加えるだけです。そして飛行制御コンピュータがその入力を解釈し、適切な機体反応を決定します。

ピッチについては、F-16の制御則はスティックの力を垂直加速度コマンドに関連付けます。簡単に言えば、ピッチの力を強く加えるほど、より大きなGコマンドが出ます。ロールについては、スティックの力がロールレートコマンドに関連付けられます。これにより、従来の機械制御機とはまったく異なる飛行体験が生まれます。つまり、パイロットはスティックの位置ではなく、機体の反応を考えるのです。

これにより、はっきりとした違いが生まれます。例えば、水平飛行中、F-16の飛行制御システムは通常、1Gコマンドを維持します。速度が変化しても、パイロットは望ましい飛行状態を維持するためにスティックを絶えず再調整するという従来の機械的なトリム手法を使う必要はありません。代わりに、飛行制御システムがパイロットの入力と機体の反応の関係を処理します。これが、F-16が古い機体とまったく違って感じられる理由です。

従来のモデルでは、速度を変えたらスティックの位置を変え、その後に機体を再トリムするとされていますが、F-16では望ましい反応を選択し、その後は飛行制御システムに機体の管理を任せます。F-16に移行するフライトシムパイロットにとって、この違いを理解することは、どのボタンが何をするかを知るよりも価値があります。

ヒューマンファクターの影響

さて、インタラクティブな操縦を扱う場合、メカニズムだけでは限界があることを理解しておくことが重要です。人間工学も、力感知システムにおいて重要な役割を果たします。つまり、設計ではパイロットの快適性を最優先に考慮しなければなりません。F-16では、スティックはパイロットの足の間の従来の配置から、コックピットの右側に移動されました。

これは単に写真映えを良くするためではありませんでした。スティックを移動させることで、パイロットの腕を支える肘掛けが導入されました。高G機動中には、パイロットの腕は実質的にずっと重くなることがわかりました。9Gでは、支えのない腕を正確に動かすことは非常に困難であり、特にパイロットが長期間にわたって正確な制御を維持する必要がある場合はなおさらです。

 

従来のセンタースティックは腕を大きく動かす必要がありますが、F-16のサイドスティックではパイロットは腕を休ませ、主に手首と前腕で制御された入力をすることができます。約30度傾斜したF-16のシートも、この人間工学的なアプローチの一部です。

ここでのより大きな教訓は、F-16のサイドスティックが単にジョイスティックの新しい場所を意味するのではなく、コックピット全体がパイロットがそれとどのようにやり取りするかを中心に設計されているということです。この同じ基本的な人間工学の哲学は、F-22、ユーロファイター・タイフーン、ラファール、F-35を含む後続の戦闘機設計にも見られます。

これが、サイドスティック制御がフライトシミュレーションにとって興味深い理由でもあります。取り付け位置、グリップの向き、腕のサポート、入力方向はすべて、パイロットの手の自然な力の方向が制御面にどのように整列するかを左右します。これにより、パイロットが自然に力を加える方向が、スティックのピッチ軸とロール軸に密接に対応することが保証されます。

エアバスのサイドスティックは力感知ではない

さて、よくある誤解の一つは、エアバスのサイドスティックも何らかの形で力感知であるというものです。エアバスA320ファミリーはサイドスティックを使用していますが、その制御システムはF-16の力感知サイドスティックとは根本的に異なります。エアバスのコントロールは、スプリングローディングと位置感知を伴う小さな物理的な変位を使用します。したがって、両方の機体にはサイドスティックがありますが、入力メカニズムは異なります。

 

 

結局のところ、適切なハードウェアは、何を再現しようとしているかによって異なります。エアバスをシミュレートする場合は、ストロークの短い変位サイドスティックがより良い選択です。しかし、F-16をシミュレートする場合は、加えられた力と機体コマンドの関係を再現することが課題です。

エアバスでこの選択をした理由の一つは、位置センサーがより単純で信頼性が高いように見えることです。しかし、 研究 は、力ベースの制御が特定の追跡精度指標において変位ベースの制御を上回ることが示されており、エラーのばらつきは約30～50%減少したと報告されています。

しかし、実際の飛行では、パイロットは一般的に従来のコントロールの明確に感じられる動きを好む傾向があります。したがって、力感知はより正確である可能性がありますが、触覚的な位置フィードバックがほとんどまたは全く提供されないため、習得がより難しくなる可能性もあります。

 

F-16またはA320をシミュレートする際、パイロットはジョイスティックを従来の「位置スティック」のように誤って扱い、激しく引っ張ったり押したりすることがよくあります。実際のF-16は力に反応しますが、エアバスのサイドスティックは比較的小さな物理的な変位を使用します。これは、最小限の入力でも大きなコマンドレベルに達できることを意味します。

例えばDCSでは、F-16の初心者は本能的に「最後まで後ろに引く」ことがあり、過剰なG負荷を引き起こしたり、スティックシェーカー/失速防止動作をトリガーしたりします。これは間違った制御モデルを適用した直接的な結果です。

F-16のシミュレーションに移行する際のもっとも一般的な間違いは、スティックを従来のジョイスティックのように扱うことです。上昇したいからもっと強く引っ張り、さらに速く上昇したいからまた強く引っ張ります。すぐに、意図したよりもはるかに多くのGをコマンドしてしまいます。問題は必ずしもシミュレーターではありません。制御モデルです。

従来のジョイスティックはこう教えてくれます：

より遠くへ動かす = より大きな入力。

力感知F-16セットアップはこう教えてくれます：

より強く押す = より大きな入力。

それは小さな違いに聞こえますが、最終的には手の使い方を変えます。腕全体を動かす代わりに、手首と前腕を通して圧力を加えることを考えてください。スティックを掴んで望む方向に投げ出す代わりに、制御された入力をしてください。便利なメンタルモデルは、スティックをレバーではなくはかりのように扱うことです。はかりを大きな範囲で動かすことはありません。単に圧力を増やしたり減らしたりするだけです。

力感知とフォースフィードバックの違い

さて、これはフライトシムパイロットが理解すべき最も重要な違いかもしれません。力感知とフォースフィードバックは同じではありません。名前は同じように聞こえますが、それは類似点が終わる場所でしかありません。力感知では、パイロットがコントロールに力を加える必要があります。つまり、力はパイロット → コントロールへと流れます。そしてコントロールはその力を測定し、入力を飛行制御システムに送信します。

一方、 フォースフィードバック は、コントロールを使ってパイロットに向かって力を生成します。モーターやその他のメカニズムを使用して物理的な抵抗、動き、振動、またはコントロール負荷を作り出すことで、ここでの力はコントロール → パイロットへと流れます。

 

つまり、F-16のサイドスティックは力感知コントロールであり、現代のFFBフライトベースはフォースフィードバックシステムです。しかし、2つの技術はシミュレーターでまだ一緒に機能することができ、そこで物事が面白くなります。

フォースフィードバックベースは、極めて低いセンタリング力を生成し、パイロットが大きなスティックの動きではなく、主に加えられた圧力に依存するコントロール体験を再現するように構成できます。つまり、ソフトウェアと構成は、ハードウェアによって生成された力を使用して、力感知コックピットに関連する特性を再現できます。

MOZAで精度を選ぶ

では、なぜこれほどの手間をかけるのでしょうか？答えは、現代の戦闘機が運用される環境から始まります。戦闘機パイロットは、高G、高負荷、機体姿勢の急速な変化、激しい身体的負担を経験しながら、正確なコントロール入力を行う必要があるかもしれません。そのような環境では、大きなスティックの動きは必ずしも理想的ではありません。

力感知コントロールでは、パイロットは腕を支えたまま、大きな機体反応をコマンドしながら比較的小さな物理的な動きをすることができます。また、飛行制御コンピュータがパイロットの力を単に機械的なスティック位置を再現するのではなく、コマンドとして解釈することを可能にします。これにより、パイロットの入力と機体の反応の間に非常に直接的な関係を提供できます。

ここで、MOZAハードウェアは実際の機体制御思想とシミュレーションハードウェアの間の興味深い架け橋を提供します。MOZAのフライトエコシステムは、アクティブなフォースフィードバック制御を中心に構築されています。当社のフォースフィードバックベースは、モーター駆動のコントロール負荷を使用して、シミュレートされた機体とその飛行状態によって変化する力を再現します。MOZAは現在、標準的なフォースフィードバック、テレメトリベースのフォースフィードバック、DCS World向けのMCLSモデルを含む複数のフォースフィードバックアプローチをサポートしています。

理解すべき重要なことは、これが実際のF-16力感知センサーをシミュレーターにインストールするのと同じではないということです。MOZAハードウェアは根本的にフォースフィードバックですが、それは私たちに非常に有用なものを与えます：スティックに作用する物理的な力を制御する能力です。

 

センタリング力を非常に低いレベルに減らし、入力動作を適切に構成することで、システムは力感知制御方法の特性を再現できます。簡単に言えば：

実際のF-16：
パイロットが力を加える → 機体が力を測定

MOZA力感知シミュレーション：
パイロットが力を加える → フォースフィードバックハードウェアとソフトウェアが相互作用を解釈 → シミュレーターが望ましいコントロール入力を受け取る

技術は異なりますが、シムパイロットにとって重要な方法で、体験を同様にすることができます。これがアクティブなフォースフィードバックシステムの利点の一つです：ハードウェアは1つの固定された機械的動作にロックされていません。コントロールフィールはシミュレートされている機体を中心に構成できます。

センターオフセット：手を正しい位置に

さて、サイドスティックを再現することは、ソフトウェアカーブと力の設定だけではありません。コントロールの物理的な位置も重要です。実際の戦闘機のコックピットでは、サイドスティックはパイロットの手が自然に置かれる場所に配置されています。肘掛け、グリップの角度、シートの位置、サイドスティックの取り付け場所はすべて一緒に機能します。デスクトップジョイスティックでは、あなたの目の前に直接置かれます。それらの位置は同等ではありません。

MOZA Cockpitはセンターオフセットとセンター位置調整を提供し、X軸とY軸がモーターの保持センターを最大±75%、約±15度まで独立してシフトできます。これにより、スティックの物理的な休止位置をあなたの手の位置により良く一致させることができます。これは姿勢、位置、そしてあなたの腕とコントロールの関係についてです。

入力軸回転：入力方向を合わせる

次に、サイドスティックを再現する際に重要となる2つ目の設定が「入力軸回転」です。これは、入力がシミュレーターの制御軸に割り当てられる前に、力または入力の方向全体を0°から180°まで回転させます。サイドスティックは必ずしもパイロットの正面に垂直に取り付けられているとは限らないため、手が自然に押す方向が、デスクトップジョイスティックの一般的な上下左右の向きと一致しない場合があります。

入力軸回転では、その関係を調整できます。たとえば、グリップを物理的に押す方向が、シミュレーターのピッチまたはロールに正しく対応するように設定できます。2つの設定の違いは単純です。センターオフセットは手が置かれる位置であり、入力軸回転は押す方向が何を意味するかです。これらを組み合わせることで、デスクトップシミュレーターとサイドマウント式のコックピットコントロールとのギャップを埋めることができます。

MOZAのテレメトリフォースフィードバックシステムは、対気速度、高度、G負荷、迎角、失速状態などのリアルタイムの飛行データを使用して、対応するシミュレーターで動的な制御力を生成できます。

フライトシミュレーションは、これまで視覚的な正確さに大きく焦点を当ててきました。しかし、説得力のあるコックピットは単に眺めるものではなく、操作するものです。そのため、フォースフィードバックなどの技術は、フライトシミュレーションにおいてますます重要になっています。 MOZAの現在のフライトラインナップ は、個別のコントロールを超えて、フォースフィードバックベース、ヨーク、サイドスティック、ディスプレイ、パネル、その他のコントロールを含む、より広範なコックピットエコシステムへと拡大しています。

適切なハードウェア、ソフトウェア、人間工学、および設定の組み合わせにより、コンピューターを操作しているという感覚よりも、航空機とやり取りしているという感覚に近いシミュレーターで、これらのコンセプトを統合できます。それが現代のフライトシミュレーションの真の可能性です。コントロールが常に動く必要があるとは限りません。時には、力がコントロールなのです。