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このページの内容はほとんど間違いであることが判明しているので信用しないでください。いずれ書き直します。申し訳ありません<m(__)m>

飛行機はなぜ飛ぶか？--空気の流れの速さ

紙を２枚平行に向かい合わせて、その間に息を吹き掛けてみると、どういうことが起るでしょうか。息を吹き掛けたのだから、紙と紙の間が広がる？--実際にやってみるとわかりますが、紙と紙の間は狭まります。これは、「速い流れの空気は圧力が下がる」という現象が起るからです。この法則はベルヌーイの定理と呼ばれます（ここも間違っているので訂正しておきます。この現象をベルヌーイの定理の例として出すのは適切ではありません）。飛行機を空気中に持ち上げる力は、この空気の圧力です。すなわち、翼の上面と下面で、上面の方が圧力が低くなるようにして、飛行機を持ち上げる力（揚力）を得ます。

飛行機の翼の断面は上の図のようになっています。図は翼の回りを流れる空気の動きを表しています。実際には飛行機の方が飛ぶのですが、ここでは飛行機が止っていて、前方から風が吹いていると考えて図を書いています。図でわかるように、翼の上の空気は言わば``遠回り''をして後ろに流れます。このため、その分翼に対して速く移動していることになり、上面の圧力が下がるわけです。こうして翼を上に持ち上げる力が働きます。この力を「揚力」と呼びます。

という説明を書いていたのですが、これは間違いでした。ここに撤回します(この他にもこのページは多くの間違いが含まれています)。上の説明は特に、『なぜ遠まわりするからって空気は速く流れなくてはいけないのか？』という点を全く説明できないという点でおかしいですね(自分で書いておいて言うのもなんですが)。

　より正確と思われる説明はA-cubed氏によるサイトの、「翼による揚力の発生について（第２版）」にあると教えていただきました。

翼に角度をつけることで、揚力を増加させることができます。上の図のように傾いた翼は、翼の下面に風を受けるので、ちょうど凧が上がる時と同様に空気に押されて、より揚力が増えます。 しかし、これをやりすぎて角度を大きくしすぎると、飛行機には「失速」と呼ばれる現象があります(言葉から受ける印象とは違って、スピードが落ちることではありません)。これは図のように翼の角度が上を向きすぎてしまった時に、翼の後ろで空気の流れが乱れ、渦が発生してしまった時に起ります。

こうなると翼の回りの空気が乱れ、もはや圧力差(すなわち揚力)は発生しなくなります。失速状態に陥ると飛行機は急激に降下し、下手をすると墜落します。そこで、墜落につながる失速を起こしにくいように飛行機を作る必要があります。飛行機は機首が上がりすぎると失速するので、機首が上がらないような様々な工夫があります。

また、現在のたいていの飛行機は重心に近い部分に主翼があり、後尾に小さな尾翼がある、という形になっていますが、これは尾翼にあたる風がてこの原理で機首を下げてくれることを考えたデザインになっています。図に書いたように、飛行機の機首が上がると、主翼も尾翼も風を受けます。主翼の方が広いので、より大きな力がかかりますが、重心の部分にあるので、飛行機を回転させる力にはなりません。尾翼にかかる力は、飛行機を正しい姿勢に戻そうとする力になります。

初めて動力飛行に成功したと言われるライト兄弟の飛行機は、今の配置と逆で主翼が後ろにあり、補助良くは前の方についていました。その代わり、前後の翼に角度差をつけ、常に前の翼が先に失速状態に入って機種が下がるするようにしておくなどという方法が取られていました。 同様に、飛行機が横倒しになった時に元に戻るようにする工夫もあります。

それが図に示したように、翼を少し上に反らせて取りつけることです(この反らせる角度を上反角と言います)。この角度があるせいで、飛行機が傾くと、(落ちた側の方がより上から見た面積が広くなる)ために揚力がまし、飛行機を元に戻すような力が働きます。

逆に戦闘機など、機敏に姿勢を変化させなくてはいけないような飛行機ではこのような工夫は逆にじゃまになるので、むしろ下反角を持たせる場合もあります。 

  

ジャンボジェット(左)の翼と、ハリアー戦闘機(右)の翼を見比べてください。本来、飛行機の翼は上反角を持たせた方が安定するわけですから、ジャンボジェットで背面飛行をするのは無理ですが、ハリアーはむしろ楽に背面飛行ができます。戦闘機が下降動作に入る時に背面飛行をするのはこのためです。