飛行機などの翼にかかる力はどう考えたらよいのか

質問

今まで、「なぜ飛行機は飛ぶのか」というサイトで「間違った説明」とされている説明で理解していたのですが、やはりこれは間違えなのでしょうか？

http://www002.upp.so-net.ne.jp/a-cubed/lift/chapter2.html#sec2.1

回答No.1

BLUEPIXY · ベストアンサー

私は、素人なのでなんですが、
大まかに言えば合っているが、
細かくみていると、正しくないというようなことじゃないですかね。

例えば、
上面を通過する部分と
下面を通過する部分が同時に後尾に達する
というのは、示されたサイトのように細かく観ていけば、違うのであろうと思うけど、
大まかに言えば、
空気のつぶつぶ達は、慣性の法則に従ってその空間に留まっていて
そこを比較的（相対的に）早い物体が横切ると、（水面を刀で切るように）
空気全体としては動いていないと見なせる（つまり、同時に後尾に達する）
というようなことでしょう。
飛行機の背面飛行においては、フラップについての考察がないような気がしますね。
平板であろうとも揚力を生じるというのは、たとえば凧みたいなものがそうですよね。
翼状だから揚力が生じるというのではなくて、翼状を例にとってみれば揚力が生じる理由が分かりやすいということではないでしょうか。

お礼

ありがとうございます。
たくさんの説明を頂きましたので、よく読んで理解をしたいと思います。

回答No.5

ElectricGamo

間違いです。間違っている理由は簡単で、実験的・経験的事実に反しているからです。

現実の翼では、(揚力の発生しないある迎え角を除いて)上下の流れは同時に後縁には達しません。質問者様が上げられているページの図2.2-6(翼上下の流速の様子)のように揚力が発生する側(通常は上側)の流れが速く後縁に達します。

現実の世界では、揚力の発生する際には上下の流れは同時には後縁には達しませんし、それはわずかな違いでもなく目で見て十分分かる違いです。つまり事実に基づいていない以上「間違った説明」なのです。

蛇足ですが、揚力の発生する理由は No.2さんの説明が正しいです。(後縁で流速が同じになるクッタの条件を導入して循環を定め、その後ベルヌイの式から圧力を定めることで実用上十分な精度で揚力が求まります。)

お礼

ありがとうございます。
たくさんの説明を頂きましたので、よく読んで理解をしたいと思います。

回答No.4

BLUEPIXY

私は、素人なので、どちらかというと質問者様と同様の考えを持つのですが、
質問者様の論点は、正しい説明についての説明を求めておられるのではなくて、"「間違った説明」がやはり間違っているのか？"ということです。
＃２様の回答で言えば
＞到達時間が同じなら、循環はできないので、揚力は発生しません。
というような説明は、
揚力は循環による→循環はできないので、揚力はない
ということですが、こういうのは、堂々巡りのようであまり意味のある説明だと思われません。
＞上面の方が流速が早いから、揚力が発生するというのは正しい
のであれば、
逆に、「流れる距離が多くなり到達時間が同じであるとする」という論理で言えば、上面の流れが速いから揚力が発生することになるということですから、結局間違いの部分を指摘していないと思われます。
簡略化して言えば、「この原理は、これによって正しく説明できる、だから他の説明は正しくない」と言っているようなものです。
当然ながら、ある説明が正しいからといって即他の説明が間違っているということにはなりません。
＃３様の回答によれば、"「ベルヌーイの定理」は適用できないだから正しくない"というようなことかと思いますが、
こちらも正しい説明をされているかと思いますが、"間違っている説明"の説明としては、不十分ではないでしょうか？
「流れる距離が多くなり到達時間が同じであるとする」というところの到達時間が同じであるという部分が成立しないということは、質問者の提示されたサイトでも示されていますが、
おおむね、そうみなしても良いと思われます。（空気の流れのはく離がないなら）
（＃３の言でいうと見なせないということなので、本当は、間違っているということです。つまり圧縮性・非圧縮性の話でそれで終わりのような気がします、私としても
でもそれってこれ以上の説明って難しいですね）
*
簡単な考えとして、
ある板があって、板の下の空気と上の空気は、同じようにポコポコ板に当たっているとします（いわゆる圧力ですね）
今上部の空気が下の空気と相対的に動いたとすると上の空気の部分のポコポコ度は同じですが、上の空気と下の空気のポコポコする回数は、（同じ空気の量・時間で観た時）上の空気のポコポコ回数が減ります。
これは、上側の圧力が減ったということで板は上に押し上げられるということになろうかと思います。
この話の中で、同じ空気が先端部分と後端部分で同時に流れ着くという必要はないですが、
仮定として、空気中をある物体が横切る時、概ね、（遠回りをしても）同時に流れ着くと言えば、結論としては、圧力差が生じるということになろうかと思います。
なので、
＜間違った説が間違っていると言うには＞
論点としては、同時には、流れ着かない
しかも、有効な負圧を生じる程流速の差が生じないというようなことを言わないといけないと思います。

お礼

ありがとうございます。
たくさんの説明を頂きましたので、よく読んで理解をしたいと思います。

回答No.3

moby_dick

あなたはベルヌーイの定理での説明を正しいと信じている訳です。

しかし、それは全く間違いで、非物理学、非科学、ナンセンスなのです。

冷静に物理学を見つめましょう。（ベルヌーイは立派な物理学者です、お忘れなく。）

ベルヌーイの定理は、次の２つの条件で成り立つ、特殊な法則です。
１．非圧縮性の流体について成り立ちます。つまり、水など液体の流れについてです。（非圧縮性だからこそ成り立つのです。）
２．管の中の、周囲から拘束された流れについてです。

つまり、　ベルヌーイの定理は、圧縮性である空気では成り立たないのです。
さらに、拘束されていない大気中の流れでは成り立たないのです。

翼の揚力の問題は、空気で、拘束もされてない流れなので、ベルヌーイの定理は全く適用できないのです。全く関係ないのです。

水で成り立って、空気では絶対成り立たない法則を、空気に適用するとは、この分野の科学者の愚かさにはただあきれるだけです。

では、翼理論の正論を、（勿論、ベルヌーイはどこにも出てきません）

空気が翼の先端部に当たると、先ず、上面の空気は翼から衝突の力を受けて圧縮されます。その時、空気は同じく衝突の力で翼の先端部を押し下げます。これは揚力ではありませんが、翼があおり上げられるのを防ぐ安定化のための大事な役割です。次に上面の空気は凸部を越え、揚力を発生させる所へ向かいます。そこでは、凸部の前で起きたことの反対のことが空気と翼面の間で起こります。（乱流になるとかは気にしなくていいです。）一つ重要な違いは、力の作用するここの翼面の面積が凸部の前より圧倒的に広いことです。・・・

・・（結局、ベルヌーイの定理と決別すれば、中学生でも解る単純な易しいことだった訳です。）
なお、下面の空気の働きはフラップの所だけ考えればいいです。

お礼

ありがとうございます。
たくさんの説明を頂きましたので、よく読んで理解をしたいと思います。

回答No.2

N64

上面の方が流速が早いから、揚力が発生するというのは正しいのですが、流速が早くなる理由が間違っています。揚力が発生するのは、翼型の周囲に循環（翼が左に向いているとした場合、時計回り方向に回転する渦）ができるから、上の方が流速が早くなるからです。循環ができる理由は、翼型がそういう形をしていて、そういう角度で気流に向かっているからです。
このことは、複素数を応用した計算でエレガントに、証明できるのですが、直感的に理解することは、ほとんど不可能です。もしも「間違った証明」のように、到達時間が同じなら、循環はできないので、揚力は発生しません。
私は、学生時代、物理の先生に、空気の流れが、円弧のように曲がると、円運動の遠心力が働く、だから、羽にはその反力で揚力が働く、と教わりました。
そのときは、なるほど、と思いましたが、よく考えてみると、話はそう簡単ではありません。翼型の周りの流れをよく見ると、下向きに曲がる流れだけではなく、上向きに曲がる流れもあるからです。合計すると上向きの流れによる遠心力の方が勝るのでしょうが、目で見ただけでは分かりません。以下に、揚力と循環について、割合やさしく書いてあるＨＰを紹介します。

参考URL：

http://grape.astron.s.u-tokyo.ac.jp/~makino/papers/synchro/synchro-e.html

お礼

ありがとうございます。
たくさんの説明を頂きましたので、よく読んで理解をしたいと思います。