飛行機
揚力が重量に対抗するので、推力、前向きの力は抗力に対抗します。推力は、周囲の空気の塊を航空機の速度よりも速い速度に加速することによって得られます。等しく反対の反応は、航空機が前進することです。レシプロまたはターボプロップエンジンを搭載した航空機では、推力はプロペラの回転によって引き起こされる推進力に由来し、残留推力は排気ガスによって提供されます。ジェットエンジンでは、推力はタービンの回転翼の推進力から生じ、空気を圧縮します。推進力は、導入された燃料の燃焼によって膨張し、エンジンから排出されます。ロケット推進航空機では、推力はロケット推進剤の燃焼に対する等しく反対の反応から得られます。飛行機では、機械的、地形的、または熱的手法によって達成される高さは、重力によって速度に変換されます。
推力に絶えず反対するのは抗力であり、これには2つの要素があります。寄生抗力は、形状抵抗(形状による)、皮膚の摩擦、干渉、および揚力に寄与しない他のすべての要素によって引き起こされるものです。誘導抗力は、揚力の生成の結果として生成される抗力です。
対気速度が増加すると、寄生抗力が増加します。ほとんどのフライトでは、すべての抗力を最小限に抑えることが望ましいため、抗力を誘発する構造を可能な限り排除することで航空機の形状を合理化することにかなりの注意が払われています(たとえば、コックピットをキャノピーで囲む、着陸装置を引っ込め、フラッシュリベットを使用し、表面を塗装および研磨します)。ドラッグのあまり目立たない要素には、胴体と翼、エンジン、尾翼の表面の相対的な配置と面積が含まれます。翼と尾の表面の交差点。構造物からの意図しない空気の漏れ。冷却のための過剰な空気の使用;局所的な気流の分離を引き起こす個々の形状の使用。
誘導抗力は、飛行経路に対して垂直ではなく、飛行経路からわずかに後方に傾いている空気の要素が下向きに偏向することによって引き起こされます。迎え角が大きくなると、抗力も大きくなります。臨界点では、迎え角が非常に大きくなり、翼の上面で気流が遮断され、抗力が増加する間、揚力が失われる可能性があります。この重大な状態は失速と呼ばれます。
揚力、抗力、失速はすべて、翼の平面形状の形状によってさまざまな影響を受けます。たとえば、第二次世界大戦のスーパーマリンスピットファイア戦闘機で使用されているような楕円翼は、亜音速航空機では空力的に理想的ですが、単純な長方形の翼よりも望ましくない失速パターンがあります。
超音速飛行の空気力学は複雑です。空気は圧縮可能です。また、速度と高度が上がると、航空機の上を流れる空気の速度が空中を流れる航空機の速度を超え始めます。この圧縮性が航空機に影響を与える速度は、航空機の速度とオーストリアの物理学者エルンストマッハに敬意を表して、マッハ数と呼ばれる音速。航空機の臨界マッハ数は、ホイックでのそれとして定義されています。 h航空機のある地点で、気流が音速に達しました。
臨界マッハ数を超えるマッハ数(つまり、気流が局所的な点で音速を超える速度)機体上で)、衝撃波の形成によって引き起こされる翼と胴体に作用する力、圧力、およびモーメントに大きな変化があります。最も重要な効果の1つは、抗力の非常に大きな増加と揚力の減少です。当初、設計者は、翼と水平面の翼型セクションが非常に薄い航空機を設計し、胴体の細かさの比率(長さ対直径)を可能な限り高くすることによって、より高い臨界マッハ数に到達しようとしました。翼の厚さの比率(翼の厚さをその幅で割ったもの)は、1940〜45年の典型的な航空機では約14〜18パーセントでした。後のジェットでは、比率は5パーセント未満に減少しました。これらの手法は、マッハ1に到達する局所的な気流を遅らせました。0、航空機の臨界マッハ数をわずかに高くすることができます。ドイツと米国での独立した研究では、翼を後退させることにより、臨界マッハに到達するのをさらに遅らせることができることが示されました。後退翼は、最初の運用可能なジェット戦闘機であるドイツの第二次世界大戦メッサーシュミットMe 262の開発、および北米のF-86セイバーやソビエトのMiG-15などの戦後の戦闘機にとって非常に重要でした。これらの戦闘機は高い亜音速で動作しましたが、開発の競争圧力により、遷音速および超音速で動作できる航空機が必要でした。アフターバーナーを備えたジェットエンジンのパワーにより、これらの速度は技術的に可能になりましたが、設計者は遷音速領域での抗力の大幅な増加に依然として障害がありました。解決策は、翼の前後の胴体に体積を追加し、翼と尾の近くでそれを減らして、遷音速抗力を制限するための理想的な領域により近い断面積を作成することでした。この規則の初期の適用は、コンベヤーF-102のような「ハチ腰」の外観をもたらしました。後のジェット機では、この規則の適用は航空機の平面図ではそれほど明白ではありません。