飛行機が飛ぶ訳

質問

「飛行機はなぜ飛ぶか」という質問に対して
翼の断面と空気の流れ（ベルヌーイの法則）を示した解説をよく見かけますが、
適切な説明ではないと思うのですが…
あの断面の形は飛行機の性能を高めるものだと思いますが、四角い板を切っただけの翼でも飛行機は飛びますよね？
昔、「ラジコン技術」で整形してない板の切れっぱしやテーブル等なんでも飛ばしてる記事を見た記憶があります。
（たとえば中学生ぐらいの子に）もっと簡単な説明の仕方がありそうな気がしますが？

回答No.9

masa0000 · ベストアンサー

#5.8です。

ベルヌーイの法則では、上部が丸くなっている必要はありません。翼の断面のあの形は、理論的に最もロスの少ない形であるというだけのことです。

結局必要なのは、前方を上げる「仰角」です。この仰角により風の流れに変化が起こる。簡単に言えば「風をはらむ」ということです。
単に上は距離が長いので速度が遅い、下は速度が速いという説明は適切ではないと思われます。

こちらが詳しいかと思いますので、ご覧ください。
http://www002.upp.so-net.ne.jp/a-cubed/lift/chapter2.html#sec2.2.1

参考URL：

http://www002.upp.so-net.ne.jp/a-cubed/lift/chapter2.html#sec2.2.1

お礼

大変参考になりました。有難うございました。

回答No.14

japonicus

飛行機が飛ぶ仕組みを直感的に理解させるなら、

「空気の抵抗があるから飛ぶ。」
「手のひらを傾けてダッシュすれば手が持ち上がる感覚を体感できる。」
「もっと強い力を味わいたければ、ノートの下敷きやウチワを持って走ってみる。」
「これをず～っと効率的に工夫して作られているのが飛行機の翼。」

こういう説明はいかがでしょう？
正確に言えば、空気の抵抗があるから飛ぶ、という説明は的確ではありませんが、必要十分だと思います。
冗談ですが、「抵抗があるから上に飛ぶ」と結びつけて向上心を育てるとか…。

なんで下敷きやウチワが上に持ち上がるか？という質問が出たら、そこで初めてベルヌーイの定理を出す。

お礼

ご回答、有難うございます。

回答No.13

abyssinian

>適切な説明ではないと思うのですが…

どんな理由から「適切ではない」と結論したのですか？ここは科学板ですから、まずそこを詳細に示してください。そうでなく、皆さんの多数の意見を多数出してもらうだけなら
アンケートでしかないです。

お礼

ご回答、有難うございます。

回答No.12

hagiwara_m

例えば高校生向けなら、流体力学を使わない以下のような説明が可能です。

「ある形状の物体を推進運動させることで、空気に鉛直下方向きの成分を含む動きを生じさせれば、その際の単位時間あたりの空気の運動量変化に相当する力（単位時間の力積）の反作用として、物体に上向きの力が作用することになります。」

お礼

ご回答、有難うございます。

回答No.11

SCNK

結局のところベルヌーイの定理なんですね。
つまり板に迎え角を持たせただけでも気流が曲げられます。そのとき上下に流速の差が生じるわけです。この場合でも流体の流線は整形された翼形の場合と類似しています。

でも板では迎え角を取らねば揚力を生じません。それを迎え角がなくてもベルヌーイの定理が成り立つようにしたのが翼形です。

ちなみに板が小さいほど、流れは翼形に類似します。それは相対的に流体の質量が軽くなり慣性力が小さくなり粘性の影響が強くなるからです。大型の翼ではやはり板では厳しいでしょう。でも速くなればその影響は小さくなります。楔のような断面でも翼として機能するようになります。

お礼

ご回答、有難うございます。

回答No.10

noname#7483

素人なりの例えで。
ヘリのローターは下面に発生する圧で揚力が発生するのか、上面に発生する負圧で揚力が発生するのか。
両方だが、下面の陽圧は回転速度によって幾らでも高圧になるが、上面は最小で０気圧にしかならないので、下側に発生する圧力が主体だと思います。

飛行機の翼においても、これは同様ではないでしょうか。
速度が遅い場合は「板を斜めにしたモデル」が主体、速度が速い場合は「翼の上下の流速差」による揚力の発生が主体では？
その二つは分けて考えられないものだと思います。

ラジコンの速度は遅いので、単に下面に圧を受けるしか方法がないだけではないでしょうか。

お礼

ご回答、有難うございます。

回答No.8

masa0000

#5です　言い忘れていました。

飛行機のエンジンはただ前進するためのものです。翼にエンジンの風を当てるためではありません。

高速で前進することで翼に風をあて、ベルヌーイの法則により揚力を生み出します。

揚力を維持するためには前進し続けなければなりませんから、ひたすらエンジンを回し続ける必要があります。

このバランスが飛行機の飛ぶ原理なのですね。

お礼

ご回答、有難うございます。
ベルヌーイの法則では翼の上面が丸くなっていますが、平らな板が前進して生じる揚力はベルヌーイの法則と違うのでは？

回答No.7

sanpin-cha

トマホークも飛んでますよね。
やはりスピードがあれば翼なんて関係ありません。
失速する速度が速くなるだけです。

F-1マシーンは航空機とは逆に飛ばないように翼をつけてますね。

航空機が飛行する条件としては
ストールしない速度を出せるエンジンが必要。

ストール速度を下げるため、揚力を生み出す翼がある。
翼はベルヌーイの法則で揚力を生み出す。

飛行石があれば別・・・・・

お礼

ご回答、有難うございます。

回答No.6

HAL007

飛行機が飛ぶ原理は簡単にいうと投げたボールが曲る原理と同じなんです。
ボールに回転を与えることで空気との摩擦で曲ると思いきやベルヌーイの
法則が働いて曲るんです。

さて、板の翼でも飛ぶと言うのは昔のジェット戦闘機に似たことを見る
ことができます。具体的に言うとF104（自衛隊でも使っていた機体）の翼の断面は
対照形に近いかたちで主翼からの揚力が発生するのかと思える断面をして
います。しかし、強力なジェットエンジンのお陰でペンシルに板を
付けたと形容された機体でも飛ぶことが出来ました。

ちょっと話を変えますが、水上スキーでも板を付けずに素足で
滑るテクニックがあります。素足で水面を滑走できるのはスピードが
関係してきます。即ち、早いスピードであれば素足でも水面を滑走出来るのです。

身近な例では板を斜めにして水面を走らせると浮び上がろうとする
力が働くのを知っていますか？

模型飛行機の場合、機体重量に比べてエンジンの出力が大きく
素足の水上スキーや水面上の板と同じ様に浮いて仕舞うのです。

模型飛行機でも重量がまして主翼面で支える重量がますと効率的に
揚力を発生する主翼がないと飛びません。

翼の断面形は三日月型の様な形がより多くの揚力を発生しますが
仰角があがると直ぐに失速する（揚力が０になる）欠点があります。
フラップは擬似的に翼の断面を三日月型に変えて揚力を増す働きがあります。

最初のボールの話ですが主翼の下面は進行方向後ろから前へ
上面は前から後ろと空気が流れ回転しています。
ジャンボ機になると約１０ｃｍの巾で流れているそうで光線の
加減によってその層を見る事が出来るそうです。

お礼

ご回答、有難うございます。

回答No.5

masa0000

こんばんは

板きれでも条件が揃えば飛びますね。ただ、水平状態では飛ぶことはありません。前方が持ち上がった状態で強い風を受けると揚力がおこります。
この力と、全体のバランス（重心）の関係で浮上することができます。前進するのは別の条件です。（というより、前進するから風を受けて揚力が生じるんですが。）

わかりやすい例が「凧」ではないでしょうか。
平面の凧が飛ぶ条件として、水平または垂直ではなく、前方に傾斜している必要がありますよね。
その原理はというと、「ベルヌーイの法則」にたどり着く訳なんですが・・・・

台風の時に板きれや看板が飛んでいくのもベルヌーイの法則に基づきます。傘がひっくり返ってキノコになるものそうです。いわゆる「風にあおられて」という状態は、すべてベルヌーイの法則によるものです。
ですから、風の吹く方向に対して前方を下げてやると、飛んでいくどころか逆に押し下げられます。

テーブルを飛ばすには、テーブルの角度を固定し、揚力が生じるだけの速度で移動させることが必要となります。

うまく説明できませんが、ベルヌーイの法則は揚力の説明でしかないことは確かです。

お礼

ご回答、有難うございます。
傾斜した平らな板が前方から風を受けて生じる揚力は、ベルヌーイの法則とは違うのでは？

回答No.4

nishihi

そうかもしれませんね。
何もあの定理だけでもって飛んでいるわけではないのは言うとおりです。
あの形状をしていない平たい板でも、＼　であれば飛ぶでしょうし、
だいたい、今は強いエンジンを斜め上に向けて付ければ四角い板を切っただけの翼だろうが岩だろうが牛だろうが飛びますよね。

でも航空機が生まれ発達した当時　自重を持ち上げる力をもったエンジンなんて無かったわけで、
前進する翼で揚力を上手に生み出す技としてあの定理を使うわけで。
あの翼の説明をしなかったら、単にローターが前向きにあるヘリみたいな説明に。。。

お礼

ご回答、有難うございます。