飛行機

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議論
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議論の要約：利点と欠点の記述について
世界最初の飛行機（ライトフライヤー）
現代の飛行機（エアバスA340）

飛行機（ひこうき、英語：airplane、aeroplane、plane）とは、


現在の日本語の表記である「飛行機」という言葉は、森鴎外が「小倉日記」1901年（明治34年）3月1日条に記したのが初出だとされる[3]。

一般的に飛行する機械全般（人が乗れないものを含む）を指すが、本項では上記の定義に従う。

なお、広辞苑において「航空機の一種」と記載されているが、航空法 第２条によると「この法律において「航空機」とは、人が乗つて航空の用に供することができる飛行機、回転翼航空機、滑空機及び飛行船その他政令で定める航空の用に供することができる機器をいう。」と定義されており、一見「航空機」の一種と読めるが、航空法で定める「航空機」に含まれるものは「人が乗つて航空の用に供することができる飛行機」であり、「飛行機」ではない。

また、法律にわざわざ【人が乗つて航空の用に供することができる】と形容していることから「【人が乗れず航空の用に供することができる】飛行機」も存在すると言うことである。では、「飛行機」とは何を指すか考えた場合、「【人が乗つて航空の用に供することができる】飛行機」と「【人が乗れず航空の用に供することができる】飛行機」を合わせたものと考えるのが妥当である。

このような事から、「航空機」とは【人が乗るもの】を前提とするため、「（人が乗らないものを含む）飛行機」は「航空機」の一種ではないと論ずることができる。

さらに、各引用書にある「飛行機」の定義は、航空法施行規則　付属書：耐空審査要領　01 定義　第２章が根拠となっている。ただし、航空法施行規則は航空法の下部例規であるため、前提条件は「航空機（人が乗るもののみ）」である。　


目次

[編集] 飛行機の飛行の原理

飛行機を支える揚力というのは、空気の流れの（あるいは風の）力の一種である[4]。

静止した物体にある速さ（V）の風が当たる場合と、ある物体が同じ速さ（V)で反対方向に進む場合では、風の力の生じ方は変わらない[4]。例えば静止した空気の中をジェット機が250m/sという速さで飛べば、250m/sという、ものすごい速さで風が前方から機体に当たってきているのである[4]。（空気の力というものを時々、理解していない人がいるが）風の力というのは風速の2乗に比例しており、台風の風速50-60m/sの風ですら、家屋を破壊するような巨大な力を持っていることを思えば、ジェット機に働く風の力の大きさを想像できるようになる[4]。

翼の揚力は、同じ迎え角であると、速度の2乗に比例して増加する[4]。また、同一の速度であると、迎え角が大きくなるほど揚力は増加する[4]。飛行機は、ある高さを保って水平飛行を続ける時は、揚力が重力とつりあい、かつ、推進装置の推力と飛行機全体に働く抗力がつりあうようにしなければならない[4]。よって（水平に飛ぶ時は）、高速で飛ぶ時は迎え角を小さくし、低速で飛ぶ時は迎え角を大きくして、揚力と重力がつりあうように調整して飛んでいる[4]。

上記の説明だけだと、翼の迎え角をどんどん大きくしてゆくと速度を落としても水平飛行可能ということになってしまうが、実際には迎え角がある限界に達した段階で失速という現象が起きる[4]。よって飛行機には安全に飛行できる最小速度というものがあり、それを「最小速度」や「失速速度」と呼んでいる[4]。それは例えば、ジェット輸送機だと一般に200-250km/h程度になる。つまりこの場合、（かつての）新幹線の最高速度程度以上の速度は出さないと安全に飛べないのである[4]。

[編集] 機体の構造

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「機体」も参照

機体の構造の説明のしかたは様々である。例えば、翼、推進装置、操縦装置、胴体、降着装置といった挙げ方もある[5]。

また、主構造として胴体・主翼・尾翼・エンジン・降着装置を挙げる説明もある[要出典]。

上記は代表的な構造である。ここに記したものと違った形態の機種も多く存在する。例えば、胴体と尾翼を持たない全翼機も（少数ではあるが）実用化されているのである。

[編集] 翼

[編集] 主翼

詳細は「主翼」を参照

主翼はその周りに循環を発生させて飛行方向に垂直な力（揚力）を発生する部位である。一般に、低亜音速機に用いられる翼断面形（翼型）は上側が膨れた凸状であるが、飛行速度や用途によってさまざまな翼型がある。翼型と翼平面形（上から見た主翼のカタチ）は飛行特性に大きな影響を与える。効率的に揚力を発生させるには細長い平面形状が適する。主翼の縦と横の比率をアスペクト比と呼んで平面形状の目安としている。高く遠くへ飛ぶ飛行機は主翼のアスペクト比を大きく設定した細長い翼が有利だが、あまりアスペクト比を大きくすると強度の問題等が出てくる[要出典]。高速で飛ぶ飛行機の主翼には、高速での空気抵抗が少ない後退翼が採用される[要出典]。戦闘機などの超音速機では、スルメのような三角翼が使われる[要出典]。


  • スパー（桁）： 翼の長方向の曲げ荷重を主に受け持つ部材。小型機では片翼につき1本が多い。大型機では2～3本のものや、もっと多くのものもある（マルチスパーあるいはマルチストリンガ構造）。補助的なものはストリンガと呼ばれる。
  • リブ（小骨）： 桁と直交する薄い板で、翼型をしている。翼幅方向に多数が配置される。
  • スキン（外板）： リブの表面を覆う薄い板。引っ張り・圧縮荷重の一部を受け持つ。

スパー・リブ・スキンによってボックス構造を構成し、曲げやねじりに強くなっている。翼に発生する揚力などの空気力は、スキン → リブ → スパー → 胴体と伝わる。

桁の太さ・スキンの厚さと材質はその部分にかかる応力に応じて設定され、翼の先端近くでは桁は細くスキンは薄く設定される。最近ではこれらの構造を大きな金属槐から直接削り出す工法も採用されている。飛行中は揚力が主翼を上に曲げる方向に働くので、下面外板には引っ張りに強い素材、上面外板には圧縮に強い素材を選定する。戦闘機のような薄翼では、各場所にかかる応力に応じて素材を組み合わせて使う複合材料が多用される。

主翼内部の空所を水密構造にして燃料タンクに使うことが多く、この方式をインテグラルタンクと呼ぶ。また主翼にエンジンや主脚などの降着装置を装備することが多い。攻撃機などでは主翼に爆弾・ミサイルや増加燃料タンクをずらりとぶら下げているが、いずれの場合も主翼には充分な強度が要求され、脚や兵装の取り付け部は充分な補強が実施されている。

現在の飛行機は、特殊な場合を除き主翼は1枚（単葉）である。主翼後部（後縁部）にはエルロン[6]や、離着陸の低速時に揚力を増大させるフラップなどの高揚力装置が装備される。主翼上面に揚力を減らすためのスポイラーを備えるものもある。また、主翼端に抵抗を減らすためのウイングレットを装着するものもある。

[編集] 操縦装置（補助翼、昇降舵、方向舵）

[編集] 補助翼
エルロン（補助翼）の動きとそれに伴うロール運動

補助翼は主翼の左右、後ろ側の縁に、ヒンジによって付けられている。補助翼というのは、一方を上げると他方が下がる仕組みになっている[5]。例えば、右側を下げると　それと連動して左側が上がり、左側を下げると、それと連動して右側が上がる[5]。例えば左側を下げ、右側の補助翼を上げると、左側の翼の揚力が増し、右側は減るので、機体を右に傾ける向きのモーメントが働く[5]。このモーメントによって、機体を右に傾けることも可能であるし、左に傾きすぎていた機体を水平に戻すことも可能である[5]。

[編集] 尾翼
エレベーターの動きとそれに伴うピッチング運動

上下方向に装備されるものを垂直尾翼、左右に伸びるものを水平尾翼と呼んでいる。垂直尾翼は、胴体に固定された部分を垂直安定板、その後ろの可動部分をラダーと呼ぶ。水平尾翼は同様に水平安定板とエレベーターからなるのが一般的。尾翼は一般に、モーメントを確保するために主翼から十分に離れた位置に置かれる。多くは胴体後端に設置されるが、胴体前部に設置した先尾翼機（エンテ型飛行機）もある。尾翼の構造は主翼に準じるが、主翼に比べ強度上の問題も小さく簡素である。尾翼（両方もしくは水平尾翼のみ）の無い飛行機は無尾翼機と呼ばれる。

[編集] エンジン

ジェットエンジン

翼に揚力を発生させるには、正面から当たってくる空気の流れの抵抗に打ち勝って、飛行に必要な速度を機体に与える推進装置が必要である[5]。

現在の飛行機用エンジンは、レシプロエンジン（ディーゼルエンジンとガソリンエンジンのうちピストンを持つもの）と、ガスタービンエンジン（いわゆるジェットエンジン）とに大別される。

レシプロ機はエンジン出力軸の回転数を減速し、プロペラを駆動して、各プロペラブレードに生じる前方向きの揚力で推進する方式がほとんどであるが、ガスタービンのものは、推進力を得る方式の違いにより以下がある。

このうち、ターボジェットエンジンは、タービン軸から機械的に駆動力を取り出す方式との区別のため、「ピュア・ジェットエンジン」と呼ばれることもある。それぞれは、その特性を生かし、用途により使い分けられている。

その他、過去に採用されたことがあるエンジンとしては、第二次世界大戦の前から終戦までのドイツでは、クルップとユンカースによる上下対向式(de)2サイクルディーゼルエンジン、ユモ 205やユモ 207を搭載したドルニエ Do 18（ドイツ語版）やブローム・ウント・フォス BV 138、BV 222水上輸送機、巡航ミサイルV1に用いられたパルスジェットエンジンのほか、やはりドイツで大戦末期に登場した戦闘機、Me 163や、アメリカの超音速実験機ベルX-1などのロケットエンジンがあった。このうち、ディーゼルエンジンについては、地球温暖化防止に効果があるとして、近年再興の可能性が出てきた。

日本での航空機エンジンの数え方は、「発動機」に由来した「発」であらわされる。これは戦前からの慣習であるが、現在でもそのまま使われている。一基装備の機体を「単発機」（略して単発）、二基のものを「双発機」（双発）と呼び、それ以上はエンジンの数にそのまま「発機」を付けて呼ぶ。

ジェット戦闘機に代表される速度と運動性を重視する機体では、機体に対して大きなエンジンは、空気抵抗低減と質量（mass）集中のため、単発、双発とも、エンジンは胴体内に置かれる。民生用の小型～中型機では、キャビン容積を重視して、主翼の上か下、もしくは尾部に置かれる。大型機では尾部にまとめるか、主翼下にパイロンで吊り、並列に配置するものが多い。

重量と体積の大きいレシプロエンジンでは、エンジン搭載位置の自由度は低くなり、単発機はもちろん、奇数発機のエンジンのうちのひとつは、機首や機尾、パラソル式（支柱支持高翼配置）の主翼上など、平面視での機体中心線上に置かれる。左右非対称の機体（ブローム・ウント・フォス BV 141）でも、尾翼の付いた胴体側（操縦席の無い方）の中心線上にある。双発以上の偶数発機では、多くが主翼前縁に配置される。強度上の理由で、エンジンをまとめて設置するために2基一組にしたもの（ドルニエ Do X）や、速度を追求し、前面投影面積を増やさずに2基エンジンとしたもの（ドルニエ Do 335）ではタンデム配置のものもある。また、隣合う二つのエンジンをギアで連結し、2基のエンジンでひとつのプロペラを駆動するもの（ハインケル He 177, ドイツ語版）も見られたが、これらは全てドイツ生まれである。

レシプロ機はライト兄弟の1号機から使われている方式。現在では趣味で乗る自家用機のほか、飛行訓練・写真撮影・農薬散布・アクロバット飛行・遊覧飛行・水上タクシー等に使用されている。

比較的近距離の路線で頻繁に離着陸する中型～小型の機体は、ジェット機よりも離着陸性能の良いターボプロップ機の方が適している。そのため、コミューター機と呼ばれる10人～50人乗りの旅客機や、条件の悪い飛行場での運用を考慮した軍用輸送機はターボプロップ機が多い。自家用機程度の小型機でターボプロップエンジンを積むものもある。

中型から大型の旅客機や、高速を要求される軍用機は全てジェット機である。その中でも純粋にジェットの排気エネルギーで推力をまかなう方式をターボジェットと呼ぶが、騒音が大きく、燃料の消費も非常に多い。経済性や航続距離、環境性能が重視させる旅客機では、現在、燃費も良く、騒音も比較的少ないターボファン方式が主流である。これはエンジン内最前部にファンを設け、タービン軸出力でこのファンを回して得た推力と、ジェット排気の推力の両方を利用する方式。空港でジェット旅客機のエンジンを正面から見ると、多数の羽根（ファンブレード）を有するファンが回っているのが良く見える。詳しくはジェットエンジンを参照。

[編集] 胴体

胴体には、パイロットを含む乗員・乗客・荷物（貨物）・前脚を搭載する[要出典]。さらに燃料タンク・主脚を搭載するものもある[要出典]。操縦席部分は「コックピット」、客室部分は「キャビン」、床下貨物室部分は「ベリー」と呼ぶ。単発機や3発機では胴体の最前部または最後部に1発のエンジンを搭載する。最初の飛行機には胴体と呼べるものは無く、操縦席は木製骨組みの上に簡素なイスを載せたものであった。その後木製の骨組を丈夫な帆布で覆った構造になり、現在は縦横に組み合わせた骨組の表面にアルミ合金や繊維強化プラスチック製の薄い板を張ったセミモノコック構造が主流。なお空気の薄い（したがって酸素の薄い）高空を飛ぶ飛行機は、胴体内部の気圧を地上に近い状態に保っている（これを「与圧」と呼ぶ）。

セミモノコック構造の胴体は、主に以下の部材からなる。

  • ストリンガ（縦通材）： 胴体の長手方向の曲げ荷重を主に受け持つ部材。小型機でも数本、大型機では円周上に何十本も配置される。特に強度の大きなものはロンジロンと呼ばれる。
  • フレーム（円きょう）： ストリンガと直交する部材で、胴体形状を保つ。円形のものはリングフレームとも。
  • スキン（外板）： フレームの外側に張られる薄い板。引っ張り・圧縮荷重の一部を受け持つ。

[編集] 降着装置

詳細は「降着装置」を参照

「脚柱（ストラット）+ 車輪（ホイール）」からなる脚が3個所に付いている形態が最も一般的[要出典]。胴体前部にノーズギア（前脚）と呼ばれる小ぶりの脚があり、重心より少し後方の左右に2本の主脚があるのが普通[要出典]、だと言う[誰?]。現在では、小型機を除く多くの飛行機は、空気抵抗を軽減するために、飛行中に降着装置を折りたたんで胴体や主翼に格納している。これを「引き込み脚」と呼ぶ。フロートを有した水上機や積雪地用にスキーを装備するものもある。

着陸滑走時に使用するブレーキは油圧作動のディスクブレーキである。小型機の場合ディスクは1枚が多いが、大型機では複数のディスクを使用するセグメンテッド・ロータ方式が多い。アンチスキッド機能を有するものも多い。また車輪のタイヤは過酷な条件[7]で使用されるため寿命が短く、各機種ごとに着陸回数に応じてタイヤ交換やゴムの巻き変えが決められている[要出典]。

[編集] 飛行機の歴史

「飛行機の歴史」、および「航空に関する年表」を参照

[編集] 飛行機の将来

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「将来の旅客機の方向性は、量（高度・速度など）から質（快適性、安全性、定時性）へ変換する」とされている[誰?][いつ?]。「20世紀半ばから比較して、1日当たりの離陸回数が指数関数的に増大している現在においては、飛行機の更なる安全性の向上が必要とされる[要出典]」と言う[誰?][いつ?]。

また、「日々膨大な数の飛行機が世界の空を飛んでいることから、飛行機はより一層環境に順応したものとなる必要性がある。そして、飛行機の開発・運用・廃棄までに至るライフサイクルコストの低減も、当然考慮されなければならない。すなわち従来の「より速く」に加え、「より安全に、より安く、より快適に」がこれからの飛行機に望まれることである。」と言う[誰?]。

安全性の向上[誰?]
フライ・バイ・ワイヤーのような冗長性管理では対処できないような、舵面制御アクチュエータの故障や機体損傷が発生しても、飛行性・操縦性が劣化しにくい飛行制御システム技術、及び、自動的に安全で最適な航路を創出するオートパイロット技術について研究がなされている。また、空港での離着陸時に生じる飛行機の後方乱流を的確に避けることで、空港安全性・効率性を高める研究もある。代表例としては、NASA で研究されている Intelligent Flight Control System や、Wake Vortex Avoidance Concept などである。
環境適合性の向上[誰?]
ジェットエンジンの騒音や NOx 排出量を低減するための研究が、主なエンジンメーカーでも実施されている。
低コスト化[誰?]
飛行機の運用コストを下げるために様々な試みがなされているが、注目すべき研究としては NASA での研究である Active Aeroelastic Wing がある。これは、いわゆるエルロン・リバーサルを逆に利用し、思い通りに主翼をねじ曲げることでロール機動を実現させようとするものである。これにより主翼の構造重量が軽減され、航続距離の向上が見込まれる。
快適性・サービス性の向上[誰?]
航空機メーカーは新型機の開発に際して、実際に運航を行う世界の主な航空会社との協力体制（ワーキングトゥギャザー）を強化している。一例として、ボーイング777型機の機内トイレ便座がゆっくりと下がる（バタンとならない）機能は、日本の航空会社の意見が取り入れられたといわれている。

[編集] 飛行機の種類（一部）

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ボーイング747
セスナ 172
MiG-15bis (S-103)
九六式陸上攻撃機
SR-71

[編集] 出典・脚注

  1. ^ 広辞苑　第五版 p.2234 【飛行】内【飛行機】
  2. ^ 平凡社『世界大百科事典』23巻 p.409-417【飛行機】導入部 p.409-410
  3. ^ この日、森（当時、第12師団軍医部長）を訪問した矢頭良一が「飛行機の沿革を説く」とある。矢頭良一より早く飛行機の研究を行った二宮忠八は「飛行器」の表記を用いていた。
  4. ^ a b c d e f g h i j k 平凡社『世界大百科事典』23巻 p.412-128【飛行機】【飛行の原理】
  5. ^ a b c d e f 平凡社『世界大百科事典』23巻 p.412-128【飛行機】【性能と構造】
  6. ^ 補助翼とも。胴体を回転軸とした左右への傾き（ロール、横揺れとも）を変えるための動翼。
  7. ^ 飛行中のタイヤは力を受けていないが、接地（タッチダウン）と同時に急激な摩擦を受ける。

[編集] 関連項目

[編集] 外部リンク

ウィキメディア・コモンズには、飛行機に関連するカテゴリがあります。
ウィクショナリーに飛行機の項目があります。
航空ポータルサイト
航空機製造メーカー

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