飛行の原理
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飛行の原理 |
さてここからが本題です。飛行機が加速すると当然空気が翼に当たりますよね。この図だと左から右に向って空気が流れる感じです。そうすると翼に当たった 空気は翼の上側と下側にわかれます。 このとき、上面が大きく湾曲しているため、コアンダ効果の影響で翼の後側へ 空気が流れるにつれて大きくその流れる方向が斜め下の方に変わります。 （コアンダ効果、つまり翼の表面に沿って空気が流れるので右下の方に空気の流れる方向が変わるわけです。） そうすると、流れる空気が右下の方に周囲の空気を押している（力を加えて いる）ので、今度はニュートンの法則から、翼もその反力で左上の方に力を 受けるわけです。 また「翼の断面図②」を見てください。左側（前側）の方が右側（後側）よりも上に上がってると思いますが、これは私の図が歪んでいるのではなく、実際の飛行機でも翼はこのように胴体に取り付けてあります。 （図は極端すぎるかもしれませんが…。） そうすると前から流れてくる空気が翼の下の面に当たり、翼は上向きの力を 受けることがイメージできるでしょうか？例えるなら、車で走っていて窓から少し手を出すと風の力で手が押されますよね？あの感覚です！！ まとめると、「空気の流れが下方に変わり、その反力」と「翼の下面が空気から受ける上向きの力」が飛行機を持ち上げる揚力となります。 余談ですが「翼の断面図②」で赤い線はChord line(コードライン）と 呼ばれていて架空の線ですが、航空力学を考える上では重要な線です。 青い線は飛行機が進んでいるときに相対的に吹いてくる風の方向で、 この相対的に吹いてくる風をRelative wind（レラティブウインド）と言います。 この赤と青の線が作る角度（茶色の線の部分の角度）は、Angle of attack （アングルオブアタック）と呼ばれていて、この角度を大きくすれば揚力も大きく なり、そしてこの角度はパイロットが変えることができます。すなわち、揚力を 調整できます！ その装置がフラップです！飛行機に乗ったことがある方はわかるかも しれませんが、離陸するときや着陸するときに翼の後ろからニョキニョキっと 変な翼が伸びてでてくるのを見たことがありませんか？ あれがフラップで揚力を増す役目をしています。 最後に家庭でできる揚力の実験を教えておきます。ぜひやって見てください。 仮に今までの説明がわからなくても揚力の力を手で感じることが できますので！！ 下の二枚の写真を見てもらえればもう実験方法はわかると思います。スプーンを用意してもらって「状態①」から「状態②」のようにスプーンの湾曲してる部分を蛇口から出ている水に近づけてみてください。 一見、スプーンが弾き飛ばされるように感じるかもしれませんが、実際はそんなことはなく逆に水に吸い付くような力を手で感じることができます。 （スプーンが水の方へ引っ張られるのが体感できると思います。） さらには水の流れる方向がコアンダ効果によってスプーンの曲面に沿う流れに変わっているのが下の写真からもわかりますね！ この水の流れが空気の流れ、スプーンの湾曲部が飛行機の翼の上面と思って頂ければ揚力というものがなんとなくイメージできるのではないでしょうか？ ちなみに水と空気は違うじゃないか！と思われる方もいらっしゃるかも しれませんが水も空気も流体力学では流体と呼ばれていて、流体の性質は とっても似てるのでこの実験は無駄にならないんですよ！
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