飛行機の速度と浮力の関係

質問

琵琶湖の上を飛ぶ鳥人間コンテスト(人力部門)で追い風が強いと速度が速くなるのでパイロットが大変だと言っていて、本当なんだろうけれど冷静に考えてみると原理的によくわからない事に気が付きました。
つまり飛行機の翼が受ける浮力は空気との相対速度で決まるので、絶対速度で考えれば追い風なら速く進まないと高度を維持できないのは確かです。
しかし速く進むために必要な推進力は空気との相対速度で決まるので、空気との相対速度が同じなら同じ浮力を生むために必要な推力は同じではないかと思います。

そう考えると、人力部門の追い風の時になぜパイロットがペダルをこぐのが大変なのかよくわかりません。どこが矛盾しているのでしょうか。

回答No.6

tf8355 · ベストアンサー

あなたの考え通りです、TV解説がおかしいのです。風は空気の塊の移動ですからその中の飛行機には自分の進む風（相対風）だけです。一定の風の中ではどちらを向いても同じです。対地速度とは違いますよ
ほとんどの人は飛行中の機体に地上と同じように前から後ろから横から風が来ると考えているようですね、地上でいう一定の風の中は無風と同じです。

お礼

ご回答ありがとうございます。やっぱりそうですよね。

テレビでは追い風の時はパイロットが明らかにキツそうだったし、向かい風になってからは一息という感じだったので実際に追い風の方がきついのかと思いましたが、どう考えてもそれはおかしいので不思議でした。視聴率稼ぎの演出かと思っちゃいます。

回答No.8

tetsumyi

その通りでしょう。
風を上手く利用する飛行技術があれば追い風有利になるはずです。
昔のアニメ（宮崎）にありましたが飛行するには風を読めと言われていました。
風の変化を読んで上昇したり下降したり理想的にできれば飛行距離を延ばすことが可能です。
現状は風を読むことができないことと、ペダルを懸命に回しているだけで余裕が無いのでしょう。
近い将来、これができるようになれば楽に大幅記録更新もできるかな？

お礼

ご回答ありがとうございます。やはりそうですよね。離陸の際に向かい風だと離陸しやすいのはわかりますが、一定速で飛んでいる最中に高度を維持するのに必要な推力は風向きに関係なく、ただ同じ推力でも絶対速度が変わるのみ、だと思います。この絶対速度が風向きだけで18km/hと40km/h越えくらいの差があるわけだから、飛距離に対して風速補正をしないと平等ではありませんね。
風の利用は奥深いものがあると思いますが、トンビのように上昇気流を利用できれば、かなり燃料の節約にはなります。ウィングレットがあると巡航燃費が向上することも経験的にはわかっていますが理論的にはまだまだのようです。そういえば鳥人間コンテストでウィングレットはまだありませんね。

回答No.7

lumiheart

問題は速度と加速度、具体的な数字を探してみると
http://www.aero.or.jp/record/rec-human.htm
「周回コース速度 ２７．６９ ｋｍ/ｈ」

これを秒速に換算すると７．６９ｍ／ｓｅｃ
ちょっと強い風程度の風速
http://www.kyuden.co.jp/effort_renewable_windpower_class.html

無風時で対地速度７．６９ｍ／ｓｅｃで飛行してて
７．６９ｍ／ｓｅｃの追い風が来た

対地速度１５．３８ｍ／ｓｅｃまで、瞬時に加速すれば問題ないが
対地速度７．６９ｍ／ｓｅｃのままで、徐々に加速すると
風が機体を追い越す　＜この時点で失速

あのうすらデカイ巨体を瞬時に加速する体力はあるかな？
ヒマな方計算してみて
空気抵抗無視してイナーシャだけでもかなりデカイ
https://www.mikipulley.co.jp/JP/Services/Tech_data/tech24.html

お礼

ご回答ありがとうございます。これは離陸の話ですよね。それは仰る通りだと思います。
番組では巡航中に追い風が強い区間が大変だと言っていたので不思議に思いました。

回答No.5

japaneseman5963

追い風を受けた飛行機はエアポケットに落ちたみたいに
高度が下がるんじゃなかろか？
一定速の追い風ならそれに合わせることが出来るでしょうが
風が息つきすると高度調整が難しそう
向かい風ならそれで高度を稼げるように思う

トンビも風を受けてる時は楽そう。
追い風だと輪をかいて上昇する動作があるようです
人力飛行機で旋回するのはムリ？

お礼

ご回答ありがとうございます。確かトンビは上昇気流を見つけて乗っているのだと記憶しています。

回答No.4

Hayashi_Trek

スタート台と大気の相対速度が0なら（スタート台が浮遊しているなら）問題は有りません。
しかし実際はスタート台は固定されていて、スタート速度を追い風の風速分早くしないといけないので、パイロットの脚力が最初から消費されるからです。

お礼

ご回答ありがとうございます。離陸前は仰る通りだと思います。
飛行中の開設が謎でした。

回答No.3

emsuja

私もあの番組を見ていて、一瞬あの説明に？？ でしたが・・・
以下の自分なりの解釈となりました
翼の浮力は周りの大気と機体との相対速度で決まりますから追い風でも向かい風でも同じ相対速度を出すために必要なパワーはは変わらないですよね。
但し、対地速度は向かい風の方が追い風より遅くなります、そのため同じ距離を進むためには向かい風の方が時間が掛かりますね、そのために同じ距離（あの番組ではパイロン間の距離）を進むためのエネルギーが追い風より、向かい風の方が沢山必要と理解しました。

お礼

ご回答ありがとうございます。やっぱりあの解説は？？？ですよね。
浮力を維持するための推力は向かい風でも追い風でも同じですが、向かい風だと速度がゆっくりですから単純に時間がかかるので大変だと思います。

回答No.2

marukajiri

人力飛行機は、ざっくりいうと、グライダーに人間の動力をつけたものです。鳥人間コンテストで、ある程度高さのある所から飛び出しますが、この時向かい風であれば、グライダーは向かい風により揚力を生じ上昇します。

これについては航空力学を勉強していれば簡単に理解できると思います。要は翼の形が上側と下側で違っており、翼の上と下で空気の流れの速さに違いがあるので、浮き上がる力が働くのです。向かい風や追い風がかなり強い状態を思い浮かべて考えてみればわかりやすいと思います。

向かい風ではグライダーが浮き上がってくれますので、人間が何もしなくてもある程度落ちずに済むのです。推進力の動力としての人間の出す力が少なくても、グライダーは前へ進むのです。

これに対して、追い風の場合、翼の形から下向きの力が働きます。もしもこの状態でグライダーを飛ばせば、あっという間に下に落ちます。追い風がグライダーを下に引き下げるので、動力の人間はまずその力を打ち消す以上の力を出さないとグライダーを浮かしていることができません。さらに前に進むためには、それをこえる力を出さなければなりません。向かい風の時よりも、かなりの労力を伴うのです。

向かい風や追い風がそれほど強くない場合は、ほとんど無視できますので、人間の動力でどれだけ力強くこぐかによってスピードが変化します。スピードが速ければ翼に受ける揚力が増し上昇しますし、スピードが遅ければ揚力は小さくなるので機体は下がります。

鳥人間コンテストの人力飛行機は、飛行機の重さや翼やプロペラの形、乗る人間の重さ、体力、戦略、テクニックなども重要ですが、風も意外と影響を与えるものなのです。

お礼

ご回答ありがとうございます。

＞向かい風ではグライダーが浮き上がってくれますので

離陸前に車輪に駆動力を与えている場合はそうだと思いますが、離陸後にプロペラで推力を得ている時は向かい風なんか関係ないと思いますが。

回答No.1

中京区 桑原町（@l4330）

飛行機の翼は前方から後方に流れる気流で浮力を得るように作られてます。
逆の気流（後方から前方）では浮力が得られない。

お礼

ご回答ありがとうございます。