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Basic Aerodynamics Term 基本的な航空力学の用語

4 Aerodynamic Forces (飛行機にかかる4つの力)
飛行している飛行機には、常時4つの力が働いていると考えます。 上向きのLift、前向きのThrust、後ろ向きのDrag、そして地面に向うWeightと4つあります。 水平飛行では Lift = Weight そして Thrust = Drag と釣り合いが取れています。 もし,、どれかに変化が有ると、飛行機はその方向に対して加速を始めます。 バランスが取れた所で、加速が終わり、速度が一定になります。

例: エンジンを強めるとThrustが増えます。すると前に行く力が強くなって。速度が増えます。しかし速度が増えると空気抵抗が増えてDragが増します。そして有る程度加速すると、速度がまた安定します。 (もし、空気抵抗(Drag)が無ければ永遠に加速するのです)

例2: ちょっと理解しづらいですが、一定の速度で上昇か下降している時も、Lift と Weightのバランスが取れた状態です。Vertical Speed Indicator (VSI)の表示が500 feet/minなどと変化しない場合です。 別に高度が一定とは限りません。 分り難いとは思いますけど。 飛行機が一定速度で巡航している時を想像して頂ければ、分ると思います。 向きが前じゃ無く、上下に変わっただけです。 勿論、上昇率や下降率が変化して居る時はバランスが狂っています。

飛行機にかかる4つの力、 Aerodyanmic Forces

4つの力を現す図では、多くの場合推力と揚力が同じ様な長さで描かれていますが、実際は揚力の方がダントツに大きいのです。
Lift 揚力

翼が作り出す、上に引っ張る力。 飛行機を空中に浮かせようとする力。 このLift、揚力で「鉄の塊」と言われる飛行機が空に浮きます。 ヘリコプターではRotor、ローターと呼ばれるこの翼に似た物ががグルグルと頭上で回転するので、停止したままでも空に浮く事が可能になります。 

Thrust 推力
前に引っ張る力を言います。 一般にセスナと呼ばれている小型飛行機ではプロペラ、大型旅客機ではジェットエンジンが推力を作り出しています。

プロペラも翼と同じ原理です。プロペラの違いは飛行機の前進方向に約90度、傾けて取り付けられています。 エンジンで強制的にプロペラ(翼形)が回されて、その時にLiftが生まれます。ただプロペラは上に引っ張るのではなく、前方方向に引っ張りますので、Thrust,推力と言われます。

ジェットエンジンは、後方に大量で高速のガスを吐き出す事によって、推力を得ています。 作用・反作用の関係です。 排気ガスが作用、そしてその反作用として推力が生まれます。 例えで言えば、ホースから、勢い良く水を出して手放すと、蛇の様にクネクネと動くでしょ。この原理がジェット・エンジンと同じなのです。ロケット・エンジンでも同じ原理です。(ついでにロケット花火も同じ原理です。)

Drag 抗力
航空機を後ろに引っ張る力。 多くは空気抵抗と呼ばれている物です。 飛行機でも何でも物体が前に飛ぼうとすると空気が邪魔をします、それが空気抵抗と呼ばれるDrag、抗力です。 また翼が後ろ向きなるとLiftが後ろ向きに傾くのでそれもDragとなります。

  • Parasite Drag 空気抵抗による抗力を言います。 速度が増えると、急激に増えます。  
  • Induced Drag 翼が作り出すLiftの副産物として生まれるDrag。 機首が上ると、Liftが後方に傾きます、後ろに傾いた分、Liftが飛行機を後ろに引っ張ります。これは低速で飛行しいる時(機首が上向き加減の時)に多くなります。

Weight 重力
地球の中心に向う力、一般的に言われている重力を指します。(地球が引っ張る力は英語ではGravityと言います。) また飛行機本体などが作り出す下に(地面に)引っ張る力もWeightに含まれます。

Equilibrium
バランスが取れた状態を言います。 Lift = Weight で Thrust = Dragの場合です。  通常の飛行でStraight-and-Balanceと言われている状態などです。 An airplane in equilibriumと言います。

 

図のResultant Forceについて
翼はLiftを作り出すものですが、同時に後ろに引っ張るDragも作り出しています。 この二つの力を合わせた物がResultant Forceとなります。基本的には低速飛行でLiftとResultant Forceに差が出て、巡航速度ぐらいでさが小さくなる様に設計されています。 これはInduced Dragの影響と低速で揚力が小さい為です。

 

注意: よく、この4つは同じ長さの矢印で示されている図を見ますが、実際はLift(Weight)の方が10倍ぐらいThrust(Drag)より強いです。5倍から15倍ぐらいと状況によって大きく変わりますが、通常飛行では、両方が同じ様になる事は殆どありません。 

 

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