ムササビの飛行姿勢は航空力学的にはどうなのですか

質問

トンボ型の紙飛行機がよく飛ぶことは実験してみるとわかるのですが、ムササビ型の紙飛行機も結構面白い飛び方をします。一枚の紙の重心を調節してみればどんな形でも結構よく飛ぶということでしょうか。

回答No.4

noname#175206 · ベストアンサー

お礼、ありがとうございます。#3他です。

>複葉機時代の初めのころに上下が円筒状になっているもの

　環状翼、楕円翼などと呼ばれているタイプですね。これは回転する円筒ではないので、目的が違います。

　たとえば、翼の左右の端には乱気流が生じ、飛行に不安定をもたらします。そうしたことを解消するため、複葉機の上下の翼を滑らかにつないで、不安定性をもたらす気流の発生を防いでいるわけです。

　回転する細長い円筒が安定して飛ぶのは、回転体の安定性（ジャイロスコープ効果）のためです。たとえば細長い銃の弾丸は、高速な回転を与えつつ撃ち出します。

　もし回転していない細長い弾丸だと、乱気流などのために、たちまち姿勢が崩れてしまい、先端が飛ぶ方向を向かなくなって空気抵抗が増え、短い飛距離で地面に落ちてしまいます。

　弾丸が昔は球だったのは、そういう回転での安定性を利用していなかったからです。もし回転の安定性を分かっていても、加工技術が追いつかないこともあったでしょうね。

　ただ球にもメリットはあって、野球投手が投げる直球のように、バックスピンを掛けて揚力を発生させ、飛距離を伸ばすことができます。

　中空の円筒が回転していればよく飛ぶのも、そういう回転体の安定性を利用しています。さらに中空円筒は、それ自体が垂直翼にもなっています。

お礼

いろいろなことにつながっているものですね。大変勉強にないました。再三のご教示ありがとうございました。

回答No.3

noname#175206

お礼、ありがとうございます。#2です。

>蛇でも空中を飛ぶものがいるので干支にちなんでフリスビーのようなもの

　そういうタイプですと、ヘビほど長いものは難しいですが、回転の安定性を生かして飛んでいくものに、円筒があります。円筒の円周方向に回転させつつ、軸方向に飛ばすと、結構飛ぶものが作れます。

　ただし、平面上のものより加工は難しくなります。平面だと、勝手に重心を中心として回転してくれます。円筒だと、そうはなりません。均一で断面が真円でないと、がたついたりして、うまく飛びません。

　身近なものでは、たとえばアルミ飲料缶を歪まないように、両端を切り落とすと試せます。両端の形状によっては、綺麗に切れる缶切りでもできます。

お礼

そういえば空を滑空する蛇は回転していたかもしれません。
　複葉機時代の初めのころに上下が円筒状になっているものの写真を見たことがありますが、ご紹介の円筒とは原理的に違うものなのでしょうか。いろいろ興味深いお話をありがとうございます。

回答No.2

noname#175206

>一枚の紙の重心を調節してみればどんな形でも結構よく飛ぶということでしょうか。

　ほぼその通り、もし推力を持たないグライダーのような場合なら、全くその通りです。

　羽ばたくとか、プロペラやジェットといった推力を持たない場合で考えましょうか。まず、そういう単純な例で考え始めたほうがいいかもしれませんので。

　その場合、大事なのは「空気中でいかにゆっくり落ちるか」ということになります。水平方向に速度さえあれば、地上に落ちるまでの時間が長いほど、遠くまで飛んで行けるわけです。

　それには、落ちる方向については空気抵抗が大きければいいわけです。落下傘は飛んで行くためのものではないですが、空気抵抗を生かして、落ちるまでの時間を遅くする分かりやすい例ですね。

　そして、飛んで行きたいということなら、水平方向では空気抵抗が少なければいいことになります。

　その基本は、1枚の紙（歪まないとします）でいいわけです。落ちる方向に対しては面積が広く、水平方向には面積が小さい。これは、滑空して飛ぶための基本を持っています。

　これに、失速したりしないように工夫を加えていくわけですね。

　まず、飛びやすいように重心調整が必要です。それが仰っているモデルになります。折り紙飛行機も、飛んでいく方向に重心があるように折りますね。

　次に水平方向として真っ直ぐ跳びたいとすると、垂直尾翼と呼んでいる翼が役に立ちます。折り紙飛行機も、垂直に真っ直ぐな面ができるように折ります。ムササビですと、尻尾を利用しているかもしれません。

　そううしたものを、人が乗って操縦できる飛行機として設計して作ります。、よく見る形のトンボ型飛行機があります。しかし、それだけでなく、機体全体が翼の役割をするモモンガタイプの飛行機もあります。

P.S.

　1枚の紙で安定して飛ぶのに、水平方向の直進性はないけど、回転するという方法もあります。それを使ったのが、たとえばフリスビーという玩具です。ブーメランは、……ちょっとややこしいかも。

お礼

わかりやすくしかも深い内容のご教示をいただき感謝いたします。自作することが好きなのでいろいろ実験してみたいと思います。蛇でも空中を飛ぶものがいるので干支にちなんでフリスビーのようなものを作ってみようかと考えました。

回答No.1

funflier

タイトルの「＞ムササビの飛行姿勢は航空力学的にはどうなのですか」
と質問文中の「＞一枚の紙の重心を調節してみればどんな形でも結構
よく飛ぶということでしょうか」とは意味が違う気がしますが。

飛行機の安定を簡単には説明出来ないので、このwikiを挙げておきます。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%A3%9B%E8%A1%8C%E6%A9%9F%E3%81%AE%E5%AE%89%E5%AE%9A
興味があれば航空力学の書籍や模型のこうした書籍もお勧めします。
http://www.amazon.co.jp/%E6%A8%A1%E5%9E%8B%E9%A3%9B%E8%A1%8C%E6%A9%9F%E2%80%95%E7%90%86%E8%AB%96%E3%81%A8%E5%AE%9F%E9%9A%9B-%E6%A3%AE-%E7%85%A7%E8%8C%82/dp/4924518123

生物の飛行と、人間の作る飛行体との決定的な違いは「自然が作った自動安定
機能」があるかどうかで、同列で語れないところがあります。
「＞ムササビの飛行姿勢は航空力学的にはどうなのですか」については漠然
としすぎてご質問の意味が解りかねます。滑空姿勢として、航空力学的な
解釈・説明は可能と思いますが、「どうなのですか」は「何が」どう疑問
なのか解らないので回答不能です。
「＞一枚の紙の重心を調節してみればどんな形でも結構よく飛ぶということ
でしょうか」については、安定条件を満たせばかなり突飛な形やシンプルな
形でも飛ぶということはあります。

最近はラジコンでもジャイロセンサーを使って３軸の安定を取ることが可能
で、本来機体形状だけ見れば安定が得られないものでも飛ぶ様に出来ます。
実機でも、ジェット旅客機は後退翼のため方向安定がそのままでは強すぎる
横安定に負けてダッチロールを起こすので、必ず「ヨーダンパー」と呼ばれる
電気的安定装置を持ちます。こうしたものは生物の持つ、空力的安定だけで
なく常時姿勢を補正して安定飛行する機能に近づけていると言えます。
紙飛行機の様に操舵を持たない飛行機では、どんな形状であれ重心位置も
含め各軸方向の安定を保つ様に製作する必要はあります。

お礼

生物に学ぶという意味を取り違えていたようです。もう少し勉強してみます。ご親切なご教示ありがとうございました。