飛行機の揚力について

Question

昔から分からないので教えて頂きたいのですが、飛行機はベルヌーイの法則によって翼の揚力が生み出されると習いました。翼の形で上の面が下の面の空気の流速が早くなって、圧力が下がり上の面が圧力が低くなるので上に引っ張られるとのことでした。
しかし昔よく作った模型飛行機の翼は単にアーチ型になっているだけなので上の面も下の面も同じ形です。これでは上を流れる空気のスピードも下の空気のスピードも同じだと思うのですが、どうでしょうか。

mazeran · Accepted Answer

何度となくこの文字を書きますが、
「以前、ヒコーキに乗っていた者です。」

飛行機はなぜ飛ぶ？　と言う問いに対して、大半の方は「ベルヌーイ」を持ち出し、さぞ自信ありげに説明されますが、決して間違いではないですが、正解でもないのです。
もし正解とするなら、飛行機の「宙返り飛行」をどう説明されるのでしょうか。非常に興味のあるところです。

翼断面形状についてベルヌーイが引っ張り出される理由は、「効率良く飛行するため。」なんです。
あのような形になってなくても、ただの板切れの状態でも、強度を持たせれば飛行します。ただ、効率が悪いのです。
ただの板を空気の流れに平行に置いても揚力は発生しません。揚力を発生させようとするなら、流れに対して少し角度を付けてやる必要があります。
ところが角度を付けて揚力を得ようとすると、必ず反力を生じます。これを「抗力」と言いますが、これはベルヌーイの理論に則った翼断面であれば、空気の流れに平行に置いても揚力が発生するので、「抗力」は多少小さくなります。で、効率がいいわけです。

大きな板を持って風上に向き、風に平行に板を持つと、多少抵抗を感じながらも立っていることができます。
しかし板を少し前上がりの状態にすると、板は上へ上がろうとします。これが揚力なんですが、同時に、風下へ流されそうにもなります。これが抗力です。板を前上がりのような形にする角度を「上反角」と言います。
ベルヌーイの理論に則った翼断面では、この上反角がなくても揚力が発生します。厳密には違いますが、この上反角がない分、抗力が減ります。

何でもそうですが、効率良くすることを人は考えているのです。
「効率」と「理論」を、翼断面に関しては誤解しているのです。

アーチ型の翼断面では、翼下のへこみ部分で空気が渦を巻き、あたかもそこに平面の板があるように振舞います。すると翼の下は平面で、上は湾曲している。つまりベルヌーイの理論に則った形になるわけです。

空気に限らず、「流体」は渦を巻くことで「剥離」しにくくなります。
渦を巻いた流れを「乱流」と言いますが、この原理を応用したのが、オリンピックの水泳で見られる、「鮫肌スーツ（水着）」です。

海の中で速く泳ぐ鮫の表面は、ツルツルではなくガサガサなのはご存知と思います。表面には小さい突起がたくさんあり、この中で乱流を作ることで海水が肌から剥離しにくくなり、その渦のすぐ傍を海水が低い抵抗で流れることで速く泳ぐことができるわけです。
ただ乱流を起こしている層の厚さを適正に保たないと、逆効果になります。
もう一つの応用例として、見易いところで飛行機の垂直尾翼を今度よく見てください。
機種にもよりますが、小さな板があちこち向いて取り付けられているものがあります。
一見空気抵抗が増えて効率が悪そうですが、実は、その板の突起物が尾翼表面を流れる空気を乱流にすることで、すぐ後ろにある舵の効き目を上げているのです。

アーチ型は、一見下のへこみに空気が流れるような気がしますが、乱流を起こした空気の圧力に負けて、翼の前から後ろへと最短距離を通り、揚力を出しているわけです。

MASA_H · Answer

通常、アーチ型の凹部には空気の流れは沿っていかず、少々離れたところを通ります。無論沿わせることもある程度出来ますが、今回の場合は違うでしょう。

よって今回の場合、回り込むことはないと近似してもかまわないと思われるのでアーチの底部をつなげた断面の翼と近似出来ます。

YHU00444 · Answer

実はですねぇ……（私も最近知ったのですが）これは非常によくある誤解なんだそうです。
詳しくはこちら↓
http://ja.wikipedia.org/wiki/翼型
より、
----
上に書いたとおり一般的な翼型では前縁が曲線的で後縁が鋭くとがっている。このような翼型を若干の正の迎角をつけて一様流の中においたとする。このとき、翼上面を流れる流れは翼下面を通る流れより長い距離を通ることになる。従って後縁には翼下面の流れが速く到着し、後縁を回り込み翼上面へ向かう。粘性がある実在流体の場合、翼上面に向かう点での逆圧力勾配により

「流れは剥離し、翼後方へ渦となって放出される。」

一方、翼周りには「これと大きさが同じで回転の向きが逆の循環が発生する。」

一様流と循環の速度ベクトルが合成されることにより翼上面には一様流より速い流れが、翼下面には遅い流れが発生し、後方のよどみ点は後縁に移動する
（引用ココまで）

つまり、飛行機の揚力というのは、翼後端で渦が放出されることによって（渦度の保存則により）翼の方に揚力を作る流体の循環が作られるために発生するのであって、ベルヌーイは結果論にすぎないということです。

HERO_TKS · Answer

端的に質問に答えると迎え角をつければご質問者様への解答になるかと思います。つまり機首を上げれば揚力を発生するわけです。昔のヘリコプタには対称翼と呼ばれる上下の翼型が全く同じものが多く使われていました。
揚力の議論になるとまた話は別ですが、最近ではベルヌーイの定理が否定的になっているのは事実です。が、しかし航空従事者の資格取得の上ではやはりベルヌーイの定理と連続の法則による説明が正答になっています。

N64 · Answer

アーチ型になっているだけの場合、空気がアーチに沿って流れると、遠心力が発生するので、遠心力全体の合力の方向に、揚力が発生します、という説明を聞いたことがあります。この説明方法は、アーチ形の場合は、わかりやすいのですが、厚みがあり、上下の曲線が対称形に近いと、全くわかりにくくなります。

tshot · Answer

飛行機の翼の質問は教えて！gooでも何回かみたことがありますが
はっきりとした答えがないようです。
翼断面形状で説明しようとすると背面飛行（飛行機が裏返しで飛ぶ）
がなぜできるかが全く説明できません。
そんなわけで、Ｎｏ３さんに一票です。

moby_dick · Answer

飛行機の翼の揚力を、ベルヌーイの定理で説明するのは全く間違いです。

普通のベルヌーイの定理は、非圧縮性（押してもほとんど縮まない）の水など液体が管の中を流れる時に表す性質です。

空気は、圧縮性（押すとよく縮む）なので、その普通のベルヌーイの定理が成り立たないです。
飛行機は、空気中で、管の中でもないので、ベルヌーイの定理で説明出来ないです。


それで、実は飛行機の揚力の説明は素朴なものです。

翼上面の膨らみの後方は、いわば物の陰で空気が行きにくく（注）、空気が薄くなり、気圧が下がる訳で、翼下面との気圧力差で揚力となる。

（注；空気が広がることでもある）


アーチ型の場合も、上面盛り上がり後方が低圧になります。

アーチ型と言えば、ヨットも同じで、
ヨットも帆の場合もその揚力を利用しています。
（ヨットの帆は、平面でなくアーチ型なので、その揚力を得る。）

moby_dick · Answer

誤解されるといけないので補足します。

普通言われるベルヌーイの定理は、いわば、液体型のベルヌーイの定理です。

また、一般的ベルヌーイの定理と言うようなものがあり、空気などに適用できるものです。
ただ、それでは、高速が低圧というわけには行かないです。

edw-19 · Answer

これはただ単に、同着しないと記載されているだけです。
たったこれだけの説明に「２０行も」費やしてしまいす。

この空気の速度は０です。
飛行機は、３００ｋｍ/ｈ以上の速度です。

速度０の空気は光速を超えた加速力で「瞬時に」「音速」に変換され、
主翼上面に這い上がる事は出来ません。＾○＾

乗車できる時間はねーです。
何もねーんだからここは減圧されちゃいます。
「下の空気はのびちゃいます。」＾＾

別にもぞもぞ下から這い上がてきた訳ではねーです。＾＾
減圧すれば、高速でも対応出来ます。

edw-19 · Answer

風洞は、空気に速度付いてるから。
ふつーは、空気は速度０だから。

主翼の上に載る速度は元々持って無いから。

飛行機の揚力について

通常、アーチ型の凹部には空気の流れは沿っていかず、少々離れたところを通ります。

実はですねぇ……（私も最近知ったのですが）これは非常によくある誤解なんだそうです。

端的に質問に答えると迎え角をつければご質問者様への解答になるかと思います。

アーチ型になっているだけの場合、空気がアーチに沿って流れると、遠心力が発生するので、遠心力全体の合力の方向に、揚力が発生します、という説明を聞いたことがあります。

飛行機の翼の質問は教えて！gooでも何回かみたことがありますが

飛行機の翼の揚力を、ベルヌーイの定理で説明するのは全く間違いです。

誤解されるといけないので補足します。

何度となくこの文字を書きますが、

これはただ単に、同着しないと記載されているだけです。

風洞は、空気に速度付いてるから。

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