飛行の原理について

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空を支配する鳥たちは、自由自在に空を飛んでいます。

鳥が羽ばたくのは、前進する為です。

前に進みながら翼に風邪を受けながす事で、揚力を発生させて飛行しています。

揚力は、流体中に進行する物体が進行方向と直角方向に受ける力です。

これは、飛行機のプロペラやエンジンと同じ構造ですね。

飛行の原理について

空中を飛行する航空機は、重量に打ち勝つ力を得る原理についてです。

飛行船…浮力で上昇力を得ている航空機です。

固定翼機、回転翼機…翼の揚力で上昇力を得ている航空機です。

固定翼機は機体に固定された翼を用いています。

具体例は飛行機、グライダーなどです。

回転翼機は回転軸の周りを回転する翼を用いています。

具体例はヘリコプター、ジャイロプレーンなどです。

ちなみに、2セット以下のローターを使用しているヘリコプター、

3セット以上のローターを使用しているヘリコプターに分別できます。

翼の原理について

翼は、翼型と揚力を利用しています。

翼型と呼ばれる断面形を持っていて、

適切な角度(迎角です)で空中を移動する事によって移動方向に垂直な揚力、

移動方向に空気抵抗が発生します。

揚力は、翼型上面の流れが加速されて、ベルヌーイの定理により、

上面の圧力が下がります。

ベルヌーイの定理は、流体の流れの中での圧力は流速や高さによって異なる事を示した定理です。

ベルヌーイの定理についてです。

p+(1/2)pv²+ρgh=C(Cは一定です)です。

圧力はp、速度をv、密度はρ、重力加速度をg、高さをhとします。

これは、流体の速度が増加すると圧力が下がります。

ちなみに、スイスのDaniel Bernoulli(ダニエル・ベルヌーイです)さんが1738年に発表しました。

揚力、空気抵抗の大きさは翼面積に比例して、

飛行速度の2乗に比例して大きくなります。

翼の迎角が10度以上になると翼から流れが剥がれる剥離が発生して、逆に揚力が減少します。

機体が失速して、高度を失うのでとても危険です。



マルチコプターについて

マルチコプター、ヘリコプターは、空中に停止する事ができます(ホバリングです)。

プロペラやローターの回転によって発生する推力を揚力として利用できます。

推力は、物体を運動する方向へ推し進める力です。

ローターやプロペラの推力は、空気を下向きに加速させた場合の反力として得られます。

反力は、支点の物体を支える為の抵抗力です。

同じ重量、同じ翼面積の場合は、飛行機よりも3倍以上のエンジン出力が必要です。

これは、飛行機よりも非効率ですが飛行機ではできない空中停止が可能です。

安定な飛行について

安定な飛行をする為には、力のつり合いが重要です。

力のつり合いは、物体に複数の力が作用している時に、

物体が動かない場合にこれらの力はつり合っているという現象が起きます。

そして、モーメントのつり合いも安定な飛行をする為に必要です。

モーメントは、回転させる力です。

力のモーメントについてです(トルクです)。

M=F×Lです。

力をF、支点からの距離をL、モーメントをMとします。

そして飛行機の場合は、尻翼、ヘリの場合はテールローターがモーメントの役割をしています。

マルチコプターは、半分のプロペラを反対方向に回転させる事によって、

モーメントのバランスを維持させています。

 
 
    

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