飛行機 揚力について

飛行機の翼の断面は、よく説明に見られる断面図のように上が丸い形をしています。翼に前から風が当たると、翼の上面にそって流れる空気の流れの速さは、下面に流れる空気の速さに比べて速くなります。連続した流体の中では、流れの速いところほど流れの中の圧力は小さく、遅いところほど圧力が大きい（ベルヌーイの定理）ため、翼の上面では圧力が小さく、下面では大きくなります。この上下の圧力差で、翼は重力に逆らって圧力の小さい上の方へ引き寄せられます。この力が、飛行機を空に浮かべる大きな揚力となるのです。

飛行機の翼の断面図をアスレチック、障害物だとして例えると、人間だと上からいくと丸いところを上がってからおります。下の方は何もないから速く駆け抜けることが出来ます。
つまり丸いところを登る分がない(空気だって丸い部分に沿って上に行ってから後ろにながれる)翼の下の方が空気は速く流れると思ったのですが、何故、上の方が空気の流れが速いのですか？

No.16 回答者： fxq11011 回答日時： 2025/07/11 14:26

戦闘機など音速を超える飛行機の翼は流体力学は通用しません。

前淵の先端はカミソリ並みに鋭く空気を切り裂く流線形？。
モーターボートでもハイドロプレーンといわれるタイプ水上（面）滑走艇。
あれな水面に対する上からの作用に対する十分な反作用で浮いています。
タコタコ上がれのタコと同じ？。

No.15 回答者： tknakamuri 回答日時： 2025/07/10 10:22

>翼の上側を通る空気は、翼の上端を通ったあとは翼が

>下に下がっているので空間ができている。
>そちら方向にも広がるので空気（圧力）は薄くなる。
>またその薄い空気にひっぱられるように前方から
>来た空気は（翼の下方の空気より）より速く流れる。

この部分が揚力では一番大事らしいです。
上面を通る空気が翼の上面にへばりつくように流れることで
生じる揚力が揚力の大部分らしい。
だから旅客機のエンジンや戦闘機のミサイルは下面に吊るし
上面に何か設けるのはご法度らしいです。
#上面のスポイラーを立てると揚力は激減します。

ただ、私は上面に張り付くように流れる空気の流れや加速の
物理的な説明ができないです。数値解析すると安定解が
そうなるということしかしりません。きっと流体力学の各種
定理に慣れ親しむとわかるのかもしれません。

最後に Wikipedia の「揚力」のURLを載せときます。
様々な諸説の解説が面白いです。

航空工学や流体力学が専門ではない物理学者が書いた物理書の
揚力に関する解説は未だ3割程度間違っているそうなので、
注意して本を選んだほうが良いです。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%8F%9A%E5%8A%9B

No.14 回答者： fxq11011 回答日時： 2025/07/10 10:10

翼の前端は半径が短い円の一部と同じような形、後誕に行くにつれて順次カーブが緩くなり直線に近くなります、これがポイント。

前端では空気が圧縮されます（もちろんごく薄い層ですが、圧縮された空気は四方に広がろうとします。
翼から離れた位置ではすでに空気があります気圧はマイナスではありません。
翼前端が占めていた空間は、翼が前進した跡は真空？ですね。
圧縮された空気はそこに流れ込みます。
カーブがきついと、空間が大きいので一気に流れ込もうとすると渦が発生して乱流になります・カーブが緩いと渦になる隙間がありません、翼の表面に沿って気圧の低い後方に流れます、圧力の低いほうに流れるのだから当然加速します。
圧力が効果的に速度に変換されます。
速さの異なる空気の流れを作って実験する、風洞というものがあります。
超音速の流れを作る場合も同様の原理を応用しています、ラバール管といわれます。
球形のタンクに超高圧の空気を詰めて、一点に穴をあけただけでは。
乱流なって空気が噴き出すだけで超音速流にはなりません。

No.13 回答者： chiha2525 回答日時： 2025/07/08 19:57

なるほどなぁ。

平易な言葉で説明してみるテスト

翼を横から見た断面図を考える。翼は後ろ側が少し下がっている。
翼の後ろが少し下がっているために、翼の下側の空気は翼によって少し圧縮される。空気が圧縮されているので、前方から来る空気も減速させられる。
翼の上側を通る空気は、翼の上端を通ったあとは翼が下に下がっているので空間ができている。そちら方向にも広がるので空気（圧力）は薄くなる。またその薄い空気にひっぱられるように前方から来た空気は（翼の下方の空気より）より速く流れる。
結果的に、翼の上部の流れが速くなり、下部の流れは遅くなる。そしてベルヌーイの定理から、横方向の圧力差が生まれ、上方に向かう力となる。

下方の空気と上方の空気に生じる力だけを見ると、翼の周りに渦を描くように力が生じることになる。ただし翼の下の空気が後ろから前に流れるわけではない。このあたりを「循環」という単語を使って説明していて分かりづらいと感じる。

下方の空気が圧縮され、というのは、翼が前方から来る空気を押し下げているという考え方もできる。つまり扇風機の羽根のように空気を押し下げることでも、浮力を得ていると考えることもできる。

No.12 回答者： tknakamuri 回答日時： 2025/07/08 08:45

もうNo.9やNo10を見てくれたと思うけど、

翼前面で上面と下面に分かれた空気の流れが
翼後端で合わさる時満たすべき条件は「クッ夕条件」
で、同時到着じゃない。
シミュレーションからもわかるように、上面と下面の
流線は交わらないので真空は生じない。
速度の異なる2つの流れがしばらく残るだけだ。

上面の空気が加速される理由は、難しいけど松田さんの
「循環」の解説を読んで欲しい。

No.11 回答者： mpcsp079goo 回答日時： 2025/07/07 23:38

＞飛行機の翼の断面図をアスレチック、障害物だとして例えると、人間だと上からいくと丸いところを上がってからおります。

下の方は何もないから速く駆け抜けることが出来ます。
つまり丸いところを登る分がない(空気だって丸い部分に沿って上に行ってから後ろにながれる)翼の下の方が空気は速く流れると思ったのですが、何故、上の方が空気の流れが速いのですか？
ーー＞
それは短期的なことで、定常状態ではありません！

No.10 回答者： tknakamuri 回答日時： 2025/07/07 17:42

専門家(松田卓也)による解説。

https://jein.jp/jifs/scientific-topics/887-topic …

No.9 回答者： tknakamuri 回答日時： 2025/07/07 17:25

「同時到着仮説」を検証する風洞実験の例を示しておきます。

https://www.miyazaki-catv.ne.jp/~kiku2816/youtu_ …
翼前端で空気が分かれ、翼後端に届いた時、
同時に届いていないことは明瞭です。

数値シミュレーションでも「同時到着仮説」は否定されています。
https://www.miyazaki-catv.ne.jp/~kiku2816/

No.8 回答者： tknakamuri 回答日時： 2025/07/07 11:09

うーん、このカテでも「同時到着仮説」は根強いみたいですね。

もうずいぶん前に否定されているのですが・・・

例えば最近の説のように、翼の周りの空気の流れに「循環成分」がある場合
速度の合成によって上面と下面とで速度差が発生しますが
「循環成分」があるだけでは真空は発生しませんよね？

ぜひ想像してほしいです。

No.7 回答者： himagene 回答日時： 2025/07/07 09:43

＞何故、上の方が空気の流れが速いのですか？

自分で「連続した流体の中では、流れの速いところほど流れの中の圧力は小さく、遅いところほど圧力が大きい」と書いているではありませんか。これが答えです。「連続した流体」がミソです。ただし、これが適用可能なのは層流の場合だけです。
もし上下で流速が同じであれば、上側の流れは翼の終わるで下の流れに追いつくことができない。そこでは、ズレが起こって不連続に真空になってしまいます。ところが実際はそのようにはなっていません。微小な真空（圧力差）ができると圧力差は音速で伝わります。圧力伝播が翼の先端まで伝わり平衡状態（釣り合いが取れた状態）になったのが、あなたが最初に書いた「よく説明にある」流れの様子です。
音速で伝わるのなら超音速飛行ではどうなるかと言う疑問が湧くでしょう。心配しなくても大丈夫です。超音速は翼がこれから突入する（あるいは翼に当たる）流体に対する表現です。翼の先端にできる衝撃波の後ろ側の気体は温度が上がっているので音速は大きくなっており、その内部で発生した圧力は内部の音速で伝わります。
注意していただきたいのは、「よく説明にある・・・」は単純化して、ほんの一部をわかりやすく説明するためのものです。もし、その説明が全てであれば、背面飛行は不可能だ、ということになってしまいます。