なぜ飛行機は飛ぶのか

質問

検索してみたのですが、説明が難しすぎていまいちよく分かりませんでした。
どなたか、まったくの素人でも分かりやすいように教えていただけないでしょうか？

回答No.12

moby_dick · ベストアンサー

前回までは物理学的に少し細かく説明したのですが、実はもっと分かりやすく説明できます。

即ち、
一般に空気中を高速で進む物体があると、その前面は空気が押しつぶされ高圧になり、
その物体の背後は空気が回り込みずらく薄くなり気圧が低くなります。

飛行機の翼は、その背後の低圧を水平な板の上に来るようにしたのです。（言い換えると、翼の上に物の背後に出来る低圧を作ったです。）

□（低圧）　→　　　□　（低圧）　
　　　　　　　　　　　　　￣￣￣￣￣￣￣￣
更に、先端の空気抵抗を減らす為

　　　→　　　／＼　（低圧）　
　　　　　　　￣￣￣￣￣￣￣￣

なお、背面飛行は、翼端にある可動翼を使うそうです。

（また、回転ボールの場合は、前面での空気から受ける力の違いのためです。
ドロップカーブの場合は、前面上側が下側より、空気（分子）との相対速度が大きいので空気（分子）はより激しく衝突し、ボールに与える力が強いので、ボールは押し下げられ下に曲がります。
イメージで分かると思いますが、正確には剛体力学の知識が必要です。
以上、参考までに）

お礼

何度も詳しい回答をありがとうございます。
私の知識ではまみなさんの回答をきちんと理解することができないようです。
でもなんとなく飛行機が飛ぶ原理が分かったような気がするので今回質問した甲斐がありました。

ありがとうございました。

回答No.11

ElectricGamo

一部、間違った説明をされてる方がおられるので。

揚力が出るのは、No.8,10さんの言ってるように翼周りに渦（循環）が出来るためです。その循環が生じる理由ですが、手っ取り早く言えば、翼の後縁が鋭くなっていることと、流れに対して翼が角度（迎え角）を持っているからです。ですので、平板翼であろうが丸みのある翼であろうが（後縁が鋭くない翼など普通はないので）通常正の迎え角があれば揚力を発生することは可能です。また、背面飛行でも、迎え角さえ適切に設定すれば必要な揚力を出すことが出来ます。

それからベルヌイの定理を持ち出すまでもなく、「流速が上がると圧力が下がる、流速が下がると圧力が上がる」のは気体の当たり前の性質です。圧力とは気体分子の持つランダムな運動により生じるのですが、ランダムな運動を特定の方向に揃えれば一様な流れになります。ただし、もともと気体が持っているエネルギーは同じなので、一様な流れが速くなればランダムな運動は減るので圧力が下がり、逆に、流れが遅くなるとランダムな運動は増えるので圧力は上がります。つまり、「流速が上がると圧力が下がる、流速が下がると圧力が上がる」のです。

そういうことで、翼の上面では循環により流れが加速されるので圧力が下がり、逆に下面では減速されるので圧力が上がります。つまり、下からは押され、上から吸い上げられる形となります。

ところで＃９さんの下の図は正しくありません。翼で一番圧力が低くなるのは翼の上面の前縁側になります。（循環があるので翼の前縁では空気が回り込むために大きく加速される。）ここは上面と下面の圧力差が大きいので丈夫にしなくてはなりません。これが実際の航空機で翼の前縁側が丈夫に作られている理由です。

それから、回転するボールが曲がるのも、ボールの周りに渦が生じるからです。その結果、流れに速度差が生じて圧力が変化し、圧力の高い方から低いほうに押されて曲がります。翼と同じ原理となります。

「翼、循環、迎え角」等のキーワードで検索されるといいかも知れません。

お礼

回答ありがとうございます。
専門用語が多くなって、ちょっと理解するのに時間がかかりそうです。
飛行機は複雑な過程を経て飛んでいるということは分かりました。

ありがとうございました。

回答No.10

rabbit_cat

あんまり、しつこいのもどうかと思うのですが、ちょっと、みかねて。

ベルヌーイの定理は、非圧縮性流体の「流線」にそって成り立つ式です。流体が管内の拘束されているかどうかは関係ありません。
非圧縮性流体を対象にしている式ですが、ベルヌーイの定理という名前で引用されることが多い
「流速が上がると圧力が下がる」
という性質は圧縮性流体であってもなりたちます。この性質は、圧縮性流体では、非圧縮性流体よりも、むしろ大きくきいてきます。

もし、翼が壁に囲まれているとすると＃９さんの圧力・流速の図（上の図）とおりになるんでしょうが、実際の飛行機は壁には囲まれていませんから、この図はナンセンスです。

壁がないとすれば、圧縮性流体であろうと非圧縮性流体であろうと、＃９さんの下の図のような圧力分布になります。そうなる原因は、翼の途中が膨らんでいる影響というよりは、むしろ翼の後縁で発生する渦のためです。
それで、翼の上面の圧力が下がって、揚力が発生します。

お礼

再度の回答ありがとうございます。
ちょっとむずかしくなってきたので、
ちゃんと理解するのに時間がかかりそうです。
でも、いろいろな説があるのですね。

ありがとうございました。

回答No.9

moby_dick

繰り返しになりますが、もう少し説明します。

ベルヌーイの定理は、非圧縮性の液体が管の中に拘束された場合などに示す性質です。
つまり、管が狭まったところで、非圧縮性のために液体は縮まないで、速く通り抜けようとします。
それで流速は速くなり、その流速のエネルギーが増えた分、圧力が下がります。

空気は圧縮性なので、空気の流れは、管の中に限らず一般に、収縮拡大によって圧力が変わります。
空気の振舞いはベルヌーイの定理ではないのです。
（仮に空気がベルヌーイの定理に似た振舞いをしても、安易にベルヌーイの定理とは言えません。
もし、空気が、何らかの状況で非圧縮性であったら、その場合はベルヌーイの定理で説明できる可能性はあります。）

具体的に示してみます。
(1)
仮に翼の上と左右が壁で囲まれていて、液体を流すと、
流速と液圧はベルヌーイの定理で図のようになります。
翼の上面で、盛り上がって狭くなっている部分で、流れは速く、低圧になります。
しかし、勿論、これは飛行機が飛んでいる状況ではありません。
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
　速　　速　　少速　　　　　　　　　・・（流速）
　低　　低　　少低　　　　　　　　　・・（液圧力）
　／＼＿＿＿＿
／　　　　　　　　＼＿＿＿＿＿＿

(2)
現実の空中を飛ぶ飛行機では、空気の収縮拡大の性質で、局所的気圧は次のようになります。
翼先の辺りは狭められた感じで、空気は圧縮され圧力は高くなる。
（なお、この空気の力は翼先端を下へ抑える働きをしていると考えます。）
盛り上がりの後ろは、急に広まった感じで、空気の体積拡大と、そこへの行きにくさで圧力は低くなります。
また、この低圧は翼の後方へ尾をひきます。
（なお、関係ないですが流速は、摩擦、滞りなどにより遅めと考えます。）

高　　　　低　　　　　　低　　　　　少低　　　・・・・（圧力）
　／＼＿＿＿＿
／　　　　　　　　＼＿＿＿＿＿＿

なお、関係が少しあるので、コメントします。
野球などで、回転するボールが曲がる理由も広く誤解されています。
ボールが曲がるのは、ベルヌーイの定理によるのではなく、
空気との相対速度の違いによる、空気の抗力（反作用の力）によります。

回答No.8

rabbit_cat

簡単に言えば、翼（のとくに後縁）によって空気に渦（循環）が発生するために、ベルヌーイの定理によって揚力が発生します。
ベルヌーイの定理は、非圧縮流体の流線にそって（別に管内に拘束されている必要はありません）成り立つ式ですが、圧縮性流体でも「流れが速くなると圧力が下がる」は、当然成り立ちます。（圧縮性の流体では、圧力が下がると密度が下がる分だけ、この効果が非圧縮性流体よりもより顕著になります）

翼の形状を工夫すると（翼前縁を厚くする）、負の迎え角の場合でも渦ができて揚力が発生するようになります。そうなると背面飛行も可能になります。前縁を厚くすると抵抗が増えるので、その兼ね合いが必要ですが。

お礼

非圧縮流体など、専門用語が難しいですが、
だんだんわかってきたような気がします。
そういえばベルヌーイの定理というのはまちがっている、という声が最近あがってきているそうですね。

ありがとうございました。

回答No.7

moby_dick

要するに、空気が飛行機を持ち上げ支えるのです。

浮く仕組みは翼の形にあります。
その形のため空気が翼を持ち上げます。

先ず、飛行機が止まっているとき、翼の上面と下面の空気は同じ強さで押しています。
同じ強さなので何も起きません。

翼の上面は次の形をしています。

←（進む方向） ／＼＿＿＿＿

飛行機が高速で進むと、
示した盛り上がった所の後ろの、＼＿＿＿＿の所は空気が行きにくく、空気が薄くなって、空気がこの翼の上面を下に押す力が普通より弱くなります。

一方、翼の下面は普通の空気の力で上へ押されます。
それで、翼の下からの力が上からの力に勝って、翼を上へ揚げます。
この翼を揚げる力が、飛行機の重さを支え、上昇もさせます。

（なお、広くベルヌーイの定理の「速い流れは圧力が低い」で説明されていますが、それは全くナンセンスです。
ベルヌーイの定理は、管の中に拘束された、非圧縮性の液体が示す性質で関係ないです。
空気は全く圧縮性で論外です。）

お礼

よく分かりました！
空気の流れをうまく利用して飛んでいるのですね。
飛行中は上から下への力より、下から上の力が勝るということですね。
大変分かりやすかったです。
ありがとうございました。

回答No.6

N64

「飛行機はなぜ落ちるのか」と言う本が本屋さんにあります。これを読むと、飛ぶのがいかに大変か、わかると思います。

お礼

なぜ飛ぶかが知りたいので。
どうもです。

回答No.5

ame-sanc

＞まったくの素人でも分かりやすいように
というのであれば、

空気をつかんで後にほうりだしてる大きな力バージョンとでも言いましょうか・・。

お礼

なんとなくわかったような気がします。
どうもです。

回答No.4

noname#111369

紙を折って飛行機を作り、ゆったりと滑空させて観察するのは
どうでしょうか。

なまじ言葉で難しい事を読んで考えるよりも実験をされると
良いと思います。

さて、気が付いたでしょうか。
グライダーは滑空するのですよね。（そう滑空という言葉がある。）
なので、エンジンか人力でプロペラを回すと滑空距離が伸びますね。

ジェットエンジンにすれば日本からアメリカのニューヨークでも
行けますね。

空中を滑るように落ちて行くと解釈をすればどうでしょうか。
この時に翼の昇降舵や方向舵などで位置や角度を換えられて、
推進力を作る機械があれば長い距離を飛ぶ事が出来ると解釈すれば、
どうでしょうか。

一定の速度以上出せなければ地球の引力（重力）に引っ張られて、
地面に接地する訳ですからね。
翼に昇降舵や方向舵の機構が組み込まれていなければ、
紙飛行機と同じですからね。

それと飛行機のバランス（重心）の位置も大きく影響するでしょうね。

お礼

紙飛行機のたとえで、少し分かりました。
飛行機は大きいから、私が想像しているよりももっと巨大な力が働くということですね。
ありがとうございました。

回答No.3

ymmasayan

今まで言われてきたのがNo.1さんの説。
しかし飛行機は背面飛行ができます。
上の理論だけでは説明がつきません。
学派が対立しているらしいですが・・・。

でも毎日飛行機は飛んでます。これまた不思議。

お礼

＞学派が対立しているらしいですが・

聞いたことがあります。
厳密にはまだ解明されていないのですね。
ありがとうございました。

回答No.2

Scull

正しくは「翼によって、前方から取り込んだ空気を下方に押し下げるから」揚力が発生して飛行できるという事になります。例え翼断面の上側をふくらませたとしても、空気を上方に押し上げると飛べません。

空気を下に押し下げる反作用(揚力)によって、飛行機は飛びます。

お礼

なんとなく分かります。
ありがとうございました。