飛行機やヘリコプターについて

Question

飛行機とヘリコプターについてお尋ねしたいことがあります。

飛行機は、前進する飛行機の翼にぶつかった空気の流れが複雑に変化することによって揚力が生まれて気体が宙に浮く
ヘリコプターは空気中を回転するローターが空気の流れの変化を生み、揚力が生じて気体が宙に浮く。

(1)大雑把ですが、この理解は正しいですか？
(2)正しいとすると、飛行機は大気がなければ飛ぶことができない？
(3)翼がないロケットは水平飛行ができない？
(4)飛行機が揚力を得るためには、前進し続ける必要がある？
(5)ヘリコプターはどうやって前へ進むのでしょうか？

moby_dick · Accepted Answer

1)大雑把ですが、この理解は正しいですか？

＞飛行機は、空気の流れが複雑に変化することによって揚力が生まれ・・
あまり、複雑に変化ではないです。
飛行機は、翼の上面の前の方に盛り上がりがあり、その後ろ側の広い翼面には気流が回り込みにくいので、翼面を押す気圧が下がり（空気が拡大されていると考えてもいいです）、翼の下面は普通の気圧ですから結果的に揚力を得ます。
（翼の揚力は、よくベルヌーイの定理で説明されますが、それは全く間違いです。ベルヌーイの定理は、水などの液体が、その非圧縮性のために、管の中を通る時に現れる特別な性質です。気体は、全くその圧縮・拡大性のため、全くその性質を示しません。気体では、基本にあるのは、圧縮拡大と気圧の関係のボイルシャルルの法則です。・・また、翼の周りは管流でもないです。）

＞ヘリコプターは回転するローターが空気の流れの変化を生み、揚力が生じて・・
ヘリコプターの揚力は、飛行機とおなじ翼の断面構造による分もありますが、主な揚力の源はローター翼の取り付け角度によるものです。扇風機や風車などと同じです。

(2)正しいとすると、飛行機は大気がなければ飛ぶことができない？
できないです。端的には、飛行機は翼の下面の空気圧で支えられています。

(3)翼がないロケットは水平飛行ができない？
できないです。少なくとも翼の揚力がないです。

(4)飛行機が揚力を得るためには、前進し続ける必要がある？
必要があるます。前進しなかったら、上翼面の凸部後方の、揚力を発生する問題の翼面に、空気は普通に行き、普通の圧力で、揚力を失います。

(5)ヘリコプターはどうやって前へ進むのでしょうか？
ローター翼の取り付け角度のことを言いましたが、実はこの角度は可変です。
この角度の可変仕組みは、特殊なものです。
各ローター翼が、回転しながら、機体のある方向に（例えば機体の後ろに）行ったタイミングで、角度が大きくなるなどが出来、その側だけ揚力を大きく出来ます。
前へ進むには、こうして後ろの揚力を大きくします。機体は前傾し前へ進みます。）

piricara · Answer

小型ヘリコプターは、機体全体を若干前方に傾けることによって、傾いた方向に進みます。
大型機の場合、回転翼のみ傾けることができる機種があるもかも知れませんが、そのあたりについては、詳しい知識がありません。

傾いたまま前進しても水平飛行と呼ぶならば、ロケットも傾いたまま飛行させれば、水平飛行状態になります。

janvier · Answer

＃５です。ワンフレーズ抜けていました。ヘリコプターが前進、後退をするには、回転翼の回転面を行きたい方にすこし傾けるということをします。

janvier · Answer

まず飛行機、ここで言うなら固定翼の航空機の場合、いろいろな条件を重ね合わせて空中を飛んでいます。

　まず翼の断面形状。全縁から後縁まで、翼の上側は盛り上がっていて長く、下側はそれに比べて短くなっています。前縁に当たって上下に別れた大気は後縁でまた一緒になりますが、そのためには上側の気流は下側より早くなくてはならず、ベルヌイの定理によって早く流れると気圧が下がりますから、翼が下側から持ち上げられるような力が働きます。これを揚力といいます。

　ただ、これだけの揚力では足りないので、凧の浮揚と同じく、翼をやや前上がりに取り付け、気流を下方に流すことでも揚力を得ています。これを取付け角といいます。さらに、飛行中は機体をやや前上がりにして気流を受けながら飛行するように設計もします。

　もちろん、翼に気流を当てるためには動力が必要で、まして自力で離陸するには強い気流を作る強力なエンジンが必要になります。ただ、自動車などに引張られて離陸するグライダーなどでは少し機体を下向きに操縦することで重力によって速度が増しますから、気流はその分強くなります。

　このほか、飛行機はただ飛べばいいというものでもありませんから、安定した飛行のために水平安定板（水平尾翼）や垂直尾翼を設けますし、主翼端にあるエルロンや垂直尾翼にあるラダー（舵）で方向を変えたりもします。

　といったわけで、飛行機は大気があってはじめて飛行できるもの、そして前進し続けることによって揚力を得ているというあなたのご推察は正しいことといえます。

　ロケットが連続して水平飛行が出来ない....ということについてはたしかにそうですが、ロケットでも一般の航空機のように固定翼や可動翼があれば不可能ではありません。実際にわが国では「秋水」というロケット推進の戦闘機がありました。

　ヘリコプター、つまり回転翼式航空機が宙に浮く原理は竹とんぼでお馴染みのものですが、ただ回転翼をグルグル回していてもたしかに前進や後退はできません。

　そこで、ヘリコプターの場合は前に回る羽根と後ろに下がる羽根の速度を変え、さらに、ピッチ（固定翼の取付け角や迎え角に相当する）を微妙に変えながら回転翼を回しています。さらに、回転翼の回転の反作用で、機体が反対方向に回されようとしますが、それを打ち消しているのが尾部に付けられた横向きのプロペラ。
　このプロペラの回転速度を微妙に変えてやれば、反動を上手く利用して機体の向きを変えられます。

Scull · Answer

3.については「そのとおり」です。
「回転させて安定させる」方法は単に「姿勢を水平に保っている」だけで、水平に飛行するわけではありません。軌道は弾道曲線を描き、水平飛行はできません。
胴体が揚力を発生できるというのもうそです。揚力を発生できるロケットは「リフティングボディ」という特別な形状をしており、胴体形状が「広義の翼」と考えられます。

4.もそのとおり。ただし「あくまでも空気に対して」です。

5.ヘリコプターは「ローターを前に傾ける」ことによって、「前向きの揚力を得」ます。また、補助翼などで姿勢をさらに前に傾けて、より推力を得る方法もあります。前進（あるいは後退でも横移動でも）する場合は、高度を維持するための揚力に前進する力を追加する必要があるので、より動力が必要になります。

ex_hmmt · Answer

1,2についてはYes。
3についてですが、人が乗ってないという前提であれば、機体を回転させることによって水平飛行をする事も可能です。ライフルの銃弾がまっすぐ飛ぶのと同じ。回転させることによる安定ですね。

以下資料引用
＞機体をななめに打上げて、空気力と推力がつりあうようにしてやると、
＞機体は時刻とともに水平に近い姿勢になってくる。さらに機体は
＞回転運動させることで、まっすぐに進むようにしてやる。
＞ジャイロなどのように、強く回転している物体はその回転の
＞軸の向きを変えないような力が働く。そのため、機体に回転を
＞あたえてやると、軸の向きが安定してくれるのである。
＞やがて機体は地上に対して水平になる。
http://www.sf-fantasy.com/magazine/serials/develop/05.html

4についてですが、大気との相対速度がその飛行機の離陸可能速度を
超えていれば前進していなくても飛ぶことは可能です。凧は前進
し続けているわけではありませんよね？大気に対しては相対的に
前進していると言えますが、実際の絶対位置は前進する必要は無いわけです。

5について。傾けて飛ぶって通りなんですが。
ヘリコプターについては以下のような資料も詳しいです。
＊PDF注意＊
http://jp.yamatake.com/save/harmoniz/0408/harm0408.pdf

silpheed7 · Answer

１：Ｙｅｓ
２：Ｙｅｓ（X-15のようなロケット機は除く）
３：Ｎｏ　機体自身が揚力を発生させることが可能
４：Ｎｏ
５：メインローターの回転面を傾ける

zorro · Answer

ヘリコプターについて詳しいです。


http://www.heli-joho.com/hikougenri.html

飛行機やヘリコプターについて

1)大雑把ですが、この理解は正しいですか？

小型ヘリコプターは、機体全体を若干前方に傾けることによって、傾いた方向に進みます。

＃５です。

まず飛行機、ここで言うなら固定翼の航空機の場合、いろいろな条件を重ね合わせて空中を飛んでいます。

3.については「そのとおり」です。

1,2についてはYes。

１：Ｙｅｓ

ヘリコプターについて詳しいです。

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　＃５です。

　まず飛行機、ここで言うなら固定翼の航空機の場合、いろいろな条件を重ね合わせて空中を飛んでいます。