飛行機が飛ぶ理由：揚力とアルバート・アインシュタインの失敗した設計の包括的な説明

要約

専門家たちは今でも、飛行機の翼によって作られる上向きの力である揚力の正確な機構について議論を続けています。しかし、揚力が飛行に不可欠であることは否定できません。時空に関する画期的な理論にもかかわらず、アルバート・アインシュタインは成功した飛行機の翼を設計することに失敗しました。彼の設計は「猫の背」と呼ばれ、曲線が強すぎて飛行機を不安定にさせました。この記事では、揚力の流体力学の説明と、飛行機が揚力を生成する詳細な説明を提供します。

揚力とは何か、どのように生成されるのか？

揚力とは、飛行機が飛ぶのを可能にする上向きの力です。これは、飛行機の翼とそれが通過する空気との相互作用によって生成されます。空気は流体媒質であり、そのため、固体とは異なる振る舞いをします。空気より軽い物体は浮力を持ち、より重い物体は上昇力という上向きの力が必要です。飛行機にとって、この力は主に翼によって生成されます。

揚力の長い経路の説明

揚力に関する普及しているが正確でない説明の一つに、長い経路説明または等時間通過説明があります。曲がった翼の上を移動する空気分子は、下を通過するものよりも長い距離を移動するとされています。上を通過する空気分子が下を通過するものと同時に翼の後方縁に到達するためには、上を通過する空気分子はより速く移動する必要があり、それによって、低圧のポケットが形成され、飛行機が浮上するとされています。しかし、この説明は完全に否定されています。

運動する飛行機の翼のシミュレーション

揚力が実際にどのように生成されるかを理解するために、飛行機の翼の運動をシミュレーションしてみましょう。翼が前進するにつれて、周りの空気の動きに影響を与えます。薄い空気層が翼の固体表面に付着し、周囲の空気を引っ張ります。空気は翼の輪郭に従って上と下の経路に分かれます。

翼の鼻先を回り込む上方に向かう空気は、急に曲がる車で感じる力である遠心加速度を受けます。上方の空気はより速く移動するため、上方の圧力が低下し、翼の上面にさらに多くの空気が流れ込みます。一方、下方を通る空気は方向や速度の変化が少なく、翼の下面の圧力は上面よりも高くなります。この圧力差が上向きの揚力を生み出します。

揚力に影響を与える要因

飛行機が速く移動するほど、圧力差が大きくなり、揚力の力も大きくなります。翼の曲率は揚力の唯一の原因ではありません。上向きに傾けられた平らな翼でも、空気が曲がって圧力差に貢献し、揚力を生み出すことができます。逆に、曲がりすぎたり急な角度の翼は災いを招く可能性があります。上方の空気が翼から離れ、乱流を生じることがあります。

翼の表面から数メートル先を流れる空気が上昇し、下降すること、翼端で形成される空気渦など、すべて揚力に影響を与えます。専門家たちは圧力差が揚力を生み出すという点で一致していますが、それがどのように発生するかについての説明は異なることがあります。