飛行機はなぜ飛ぶ？ 翼が揚力を生むしくみと、失速する理由

揚力：ひとつの空気の流れと、二つの説明

揚力は、機体の重さに逆らって機体を支える力です。翼は、そばを流れる空気の向きを変えることで揚力を生み、上面と下面の両方が流れを下向きに曲げるのに役立っています。空気を下に押せば、翼は上に押されます。ニュートンの第三法則にある作用と反作用です。

同じ流れでは、翼の上の圧力が低く、下の圧力が高くなっています。ベルヌーイの定理は、この圧力を空気の速さと結びつけます。この二つは対立する理論ではありません。NASA はどちらの説明も正しいとしており、FAA は翼が揚力を生むときには常に両方が働いているとしています。

揚力についての二つの誤解

「等時間通過説」は、翼の長い上面を通る空気は、下を通る空気と後縁で出会うために速く流れなければならない、という考えです。これは間違いです。上面の空気はそれよりさらに速く流れ、先に後縁に着きます。また、この説では紙飛行機の平らな翼や背面飛行を説明できません。

もう一つの誤解は、科学は飛行を説明できない、というものです。細部は複雑で、短い説明はたいてい単純化しすぎていますが、空気の流れの方程式は揚力を表しており、技術者はそれを使って翼にかかる力を計算しています。

迎角と失速

迎角は、翼と向かってくる空気との間の角度です。パイロットが操縦輪や操縦桿で揚力を変える主な手段です。角度を大きくすると揚力は増えますが、それは臨界迎角までで、設計によって約 16°〜20° です。それを超えると空気が翼の上面からはがれ、揚力が急に減ります。これが失速です。翼はまだいくらか揚力を生みますが、機体を支えるには足りません。

速度と重さが大切な理由

揚力は速度とともに急速に増えます。対気速度が 2 倍になると、同じ翼が同じ角度で生む揚力は 4 倍になります。そのため、遅い機体は水平を保つのに大きな迎角が必要で、速い機体は小さな迎角で済みます。重さも関係します。揚力は重さと釣り合わなければならないからです。