飛行の原理
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何となく飛行について考えてみた。昔何かの本で読んだのだが、実は飛行機が「飛ぶ」という理論については、実験結果の理論は確立されていても、肝心の原理、つまり「何故飛ぶのか？」については決定的な正解というのが出ていないとのこと。
そして、中途半端に飛行理論をかじった人が話す飛行の原理が「ベルヌーイの原理」で飛行機は飛ぶというもの。つまり主翼の断面図を見ると分かるが、翼の上面の方が下面よりも長いので、上下で空気の圧力差ができ、翼は上に引っ張られるというもの。でも、それでは紙ヒコーキが飛ぶ原理の説明にもならないし、昔駄菓子屋で売っていた発泡スチロール製のゴム飛行機が浮く理由にはならない。どちらも主翼の断面上下辺はほぼ平行である。
そこで何となく考えてみる。ロケットモータのように、強引に推力を発生させるものは除外するとして、物体が空気中に浮くためには、比重の問題が大きいはず。考えてみれば気球は特に主翼が無くても飛ぶ。ただこれは飛行機ではないので、またちょっと違う話だろう。では飛行機が飛ぶにはどういう物理が働く必要があるのか。思うに（つか、こんな事とっくに「思われている」だろうけど）主翼が空気に乗る面積が大きければ物体は浮くというか、空気の中を自在に動けるということなのではないか？例えば地球重力１Ｇ下で、ある重さの物体が空気より軽い振る舞いをするためには、自重以上の空気を支えにすればよい。ヘリコプターなんて考えてみればまさにそんなようなもので、大量の空気を自分の機体下に噴出することで空気中を自在に移動できる。では飛行機はどうなのか…と考えると、ある意味ヘリコプターと同じで、大量の空気を支えにすればいい。でも飛行機はヘリコプターみたいに空気を噴射しないけど、と思うだろうが、飛行機は自らが移動することにより、時間当たりで空気に支えられている量が飛躍的に増大している。1平方メートルの翼が乗ることができる空気の量は、1平方メートル×地上高度になるが（時間は無視する）、空気は流体なので実際支えに使う空気はどんどん脇に逃げてしまう。だから結局重力に引かれて落ちてしまうが、では逆に自らが高速で100m移動すれば、単純計算で（100メートル×1平方メートル）×高度になる訳で、こうなると乗ることができる空気量は飛躍的に増える。また短時間でどんどんと乗る場所を移動していけば、空気は粘性があるので、脇に逃げてしまう前に効率よく空気に乗ることができる。こんな話をすると「水の上を歩くには、まず右足を出して、右足が沈む前に左足を出して、左足が沈む前に右足をだす」なんてジョークを思い出すが、まさにそのジョークそのものだろう。
紙ヒコーキなら何となく納得できても、そんな話でジャンボジェットとか飛ばすことができるのか？と思う方もいるかもしれないが、例えば今就航しているジャンボジェットを、部材などを含めそのまま忠実に紙ヒコーキサイズに縮小すると、外壁の厚さはアルミホイルより薄くなるそうで、そんな薄くて軽いものなら、手投げ（できたらだが）でも飛ばすことができそう。と同時に、トラブルが起きた際、地上や水上に五体満足で不時着するなどとても不可能…というのも理解できると思う。
まあ、世界の専門家が「飛行の原理は分かっていない」といっているのだから、私ごときでこの問題を解けるわけはないのだが、少なくともこうやって分からないなりにあれこれ考え始めると、また別なことが別の視点から分かったりして面白いものだと思う。
コメント(2)
飛行の原理って面白いですよね。
私の知り合いは「空気に乗る」のではなく「下に押し退ける反力」と表現してたりしますし。
言ってる内容はよっちさんのと殆ど同じなんですけどね。
投稿者: sumi | 2006年08月09日 23:17
面白いというか、やはり不思議ですね。
私の場合、鳥みたいに羽ばたくのは、感覚的に何となく納得できるんだけど、翼で浮くというのは、例え科学的に納得できても観念として納得できそうにありません（笑）。
投稿者: よっち | 2006年08月15日 21:55