プロペラ飛行機

さて、今回は解説企画「なぜなにそーせーき!」の第一回として、「飛行機の仕組み1-飛行機はなぜ飛ぶの?」をお送りしたいと思います。

なお、一応、当人としては頑張って書いているつもりですが、マニアの方から見ると間違っている点があるかもしれません。そう言った時は、是非コメント欄等でお知らせください。

 

さて、先日、友達に私の小説を読んでもらったところ「戦闘(空戦)中、何が起きてるのか分からない」と言われてしまいました。私が「おかしいなあ、頑張って分かるように書いたつもりだったんだけど」などと思い、突っ込んで聞いてみると、彼はそもそも飛行機の基本的な仕組みを知らないのだと言ったので、私はびっくりしました。

 

私はてっきり、およそ現代っ子なら、幼少期にエースコンバットシリーズあたりで遊んで、飛行機の基本的な仕組みは押えているものだと、勝手に勘違いしていたのです。自分のいい加減さを思い知った瞬間でありました。

 

というわけで、今回からは、飛行機がばんばん登場する、航空アクション小説を読むのに欠くことのできない、飛行機の基本的な仕組みをご紹介します。

 

 

飛行機はどうやって飛んでいるの?


最も根本的な疑問ですが、説明の仕方はいくつかあるようです。ここでは代表的な二つをご紹介します。

 

なぜ飛ぶのまず一つ目の説明は、翼の構造による説明です。飛行機の翼の中でも最も大きいものを「主翼」と言います。この主翼は特殊な構造(特に断面図)を持っていて、この主翼が「前方から風を受けると(ここ重要)」、主翼の下を流れる空気の速度より、主翼の上を流れる空気の速度の方が速くなります。こうなると、主翼の上が低気圧、主翼の下が高気圧の状態となり、主翼は自然と、上に浮き上がる力(揚力 ようりょく)を得ます。この揚力によって、飛行機は飛ぶのだ、という説明です。

 

もう一つの説明は、最初の説明による力にプラスして、空気抵抗で飛んでいる、というものです。飛行機の翼ほど特殊な構造をしていない、普通の板のような(あるいは、手のひらでもいいです)ものでも、前方から来る風に対して上り坂の角度をつけると、空気抵抗によって浮き上がりますね(今度、車の窓から手を出して試してみてください。ただし、危なくないように)。飛行機もこれと同じだという説明です。

 

いずれの説明にしても、重要なのは、前方から風を受けることです。強力なエンジンで前進して、前方から風を受けなければ飛行機は飛べません。極端な話、前方から十分な強さの風が吹いていれば、エンジンがなくても航空機は飛べます(飛行機とは言えないでしょうが)。まあ、ここまでいってしまうと、台風で物が吹き飛ぶのと一緒かもしれません。脱線になりますが、飛行機の飛行機たるゆえんは、燃料が続く限り、人間が操縦して好きなところへ行けるという点にあるのです。だから、風任せの熱気球は飛行機とは呼びません(航空機ではあります)。

 

翼は一つじゃない

ただ、ここで指摘しておかなければならないことがあります。それは、主翼だけで飛行機が飛ぶのは困難だ、ということです。考えてもみてください。あなたがいま棒を持っていて、その棒を板の下に水平に差し入れて持ち上げるとします。棒によって下から支えられる力は揚力で、板は飛行機です。棒が一本しかないと、上手くバランスを取らないと板は落ちてしまいますね。これでは墜落です。


上面図そこで、棒を二本用意しましょう。二本の棒で、板の前の方と後ろの方を支えれば、どうやら落ちずに済みそうです。この、前の方の棒は主翼で、後ろの方の棒が「水平尾翼」です。飛行機を見ると、大きな主翼の他に、後ろの方に小さな水平の翼がついていますね。あれが水平尾翼です。

 

 

なお、もうちょっと難しい話をすると、主翼の揚力の中心は機体の重心よりやや後ろに置かれていて、主翼だけでは機首が下がってしまうように(普通は)飛行機は作られています。そこで、水平尾翼を下向きの揚力を作るように設計して水平を保っています。つまり、実際には、二本の棒は前の棒を板の真ん中よりやや後ろの下に、後ろの棒を板の後端の上に差し入れられているわけですね。おかしなことをしているように見えますが、実際はこの方が安全なのだそうです。

 

しかし、ここでちょっと考えてみてください。いま、板の上下に二本の棒を水平に差し入れて、持ち上げている状態です。両手を使って持っていればそうそうバランスを崩すようなことはなさそうですが、もし、あなたがそのバランスを崩す側だったら、どういう意地悪をするでしょうか……?


答えは分かったでしょうか。答えは、板を水平方向にはじき飛ばしてやればいい、といったところでしょうか。

 

飛行機の運動も一つじゃない

 

ピッチここでちょっと休憩して、ピッチ、ロール、ヨーという三つの言葉について説明しなければなりません。

この三つの言葉は、飛行機の運動に関する三つの軸を表す言葉です。

ピッチは簡単で、飛行機の前後方向の傾きを表します。上昇するために上を向くことをピッチを上げるなどと言い、降下するために下を向くことをピッチを下げると言います。

 

 

ロールヨーややこしいのは、ロールとヨーです。ロールは横転方向の傾きを、ヨーは水平左右方向への傾き(自転車のハンドルを右に切ると右に曲がりますね。あれが右ヨー。左に切れば左ヨー)を表します。

ロールを「横転」と書くと区別がつきやすいと思いますが、実際に出てくる時は右ロールと右ヨーや左ロールと左ヨーが混在して出てくるので、初心者には非常にややこしいです。特に「ロール」は空戦になくてはならない動きで、小説にも頻出するので、ロールをヨーと混同しないように気をつけてください(書く側も、できるだけ「ロール」は使わないようにします……)。

ぶっちゃけライトな小説を読むだけならヨーはほとんど出てきませんので、ロール=横転と覚えることを徹底させればばっちりです。

 

さっきの例に戻りましょう。いま紹介した言葉を使って言うと、二本の水平な棒だけでは「ピッチ安定性とロール安定性はあるが、ヨー安定性がない」わけですね。

 

これの解決法は、ちょっと板と棒のたとえでは説明できないので、実際の飛行機で考えてみたいと思います。

主翼、水平尾翼に続いて飛行機に必要なのは「垂直尾翼」です。飛行機の後ろについている小さな翼の垂直な方、ですね。しかし、これでなぜヨー安定性が解決するのでしょうか。
その答えは、風見鶏にあります。前述の通り、飛行機が飛行すると必然的に前から風を受けます。ここで、風見鶏を思い浮かべてみてください。風見鶏って、風が吹いている方を向いて安定しますよね。垂直尾翼も、それと同じ働きをするんです。これで、ヨー方向の安定性も確保されました。

 

 

まとめ

斜め上から見た図まとめると、飛行機が飛ぶには次のもの・条件が必要です。

・主翼 ・水平尾翼 ・垂直尾翼
・十分な速度を出すこと(本文中では「前方から十分な強さの風を受けること」と説明しましたが、実用上、このように置き換えられます)


 

さて、これで飛行機が飛ぶことはできました。しかし、これではただ飛んでいるだけです。どうやって操縦するのでしょう?

その解説は、次回「なぜなにそーせーき! 第二回:飛行機の仕組み②」に持ち越したいと思います。

長々とお付き合いいただき、ありがとうございました。

 

See you next FLIGHT!