How do airplanes actually fly? - Raymond Adkins

翻訳: MIiki Maruyama 校正: Tomoyuki Suzuki

By 1917, Albert Einstein had explained the relationship between space and time.

1917年までにアルベルト・アインシュタインは 空間と時間の関係を説きましたが

But, that year, he designed a flawed airplane wing.

同年 彼は欠陥のある飛行機の翼を 設計していました

His attempt was based on an incomplete theory of flight.

彼が挑んだ設計は 不完全な飛行の理論に基づくものでした

Indeed, insufficient and inaccurate explanations still circulate today.

実際 不完全で不正確な説が いまだ世間に溢れています

So, where did Einstein go wrong?

では アインシュタインは どこを間違えたのでしょうか

And how do planes fly?

また 飛行機は実際 どのように飛ぶのでしょうか

Though we don’t always think of it this way, air is a fluid medium—

普段 こんなことを気に留めませんが 空気は流体媒体であり ―

it’s just less dense than liquids like water.

水などの液体との違いは 密度が小さいということだけです

Things that are lighter than air are buoyant within it,

空気より軽いものは 浮揚しますが

while heavier objects require an upward force, called lift, to stay aloft.

重いものには “揚力” と呼ばれる 上に持ち上げる力が必要です

For planes, this force is mostly generated by the wings.

飛行機は 主に翼により この揚力を発生させています

One especially pervasive false description of lift

揚力に関する 特に広まっている 間違った説は

is the “Longer Path” or “Equal Transit Time” explanation.

“等時間通過説” または “同着説” と呼ばれるものです

It states that air molecules traveling over the top of a curved wing

膨らんだ翼の上面を進む空気分子は 翼の下面を進む空気分子よりも

cover a longer distance than those traveling underneath.

長い距離を進む という説です

For the air molecules above to reach the wing’s trailing edge

上下に分かれた空気分子が

in the same instance as those that split off and went below,

同時に 翼の後縁に到達するためには 上面の分子が下面の分子よりも

air must travel faster above,

速く移動しなければならず

creating a pocket of lower pressure that lifts the plane.

これにより低気圧のポケットが生じ 飛行機が持ち上げられます

This explanation has been thoroughly debunked.

しかし この説は 完全に否定されています

Air molecules floating above and below the wing don't need to meet back up.

上下に浮遊している空気分子が 後縁で出会う必要はありません

In reality, the air traveling above reaches the wing’s trailing edge

実は 上面を移動する空気は 下面を移動する空気よりも

much faster than the air beneath.

断然速く後縁に辿り着きます

To get a sense of how lift is actually generated,

ここで どのようにして 揚力が発生しているのか

let's simulate an airplane wing in motion.

実際に 機翼を動かして シミュレートしてみましょう

As it moves forward, the wing affects the movement of the air around it.

飛行機が前進すると 翼周辺の気流に影響を及ぼします

As air meets the wing’s solid surface, a thin layer sticks to the wing.

空気が翼の固体表面と接触すると 翼に薄い層が張りつきます

This layer pulls the surrounding air with it.

この層が周辺の空気を 吸い寄せます

The air splits into pathways above and below the wing,

吸い寄せられた空気は 翼の輪郭に沿って

following the wing’s contour.

上下の２つの経路に分かれます

As the air that’s routed above makes its way around the nose of the wing,

上面に抜けた空気は 翼の先端に回り込むと

it experiences centripetal acceleration,

求心加速度と呼ばれる

the force you also feel in a sharply turning car.

急旋回する車内で感じるような 加速度が作用します

The air above therefore gathers more speed than the air traveling below.

そのため 下面を移動する空気よりも 速度が上がります

This increased speed is coupled with a decrease in pressure above the wing,

この加速と 翼上面の減圧が相まって

which pulls even more air across the wing’s upper surface.

さらに多くの空気が 翼の上面へと流れるのです

The air flowing across the lower surface, meanwhile,

一方 下面を流れる空気の動きは

experiences less of a change in direction and speed.

上面に比べ 方向やスピードの変化は緩やかです

The pressure across the wing’s lower surface is thus higher

こうして翼の下面にかかる圧力は

than that above the upper surface.

上面にかかる圧力より高くなります

This pressure difference results in the upwards force of lift.

この圧力差が 結果として揚力を生むのです

The faster the plane travels,

飛行機が速く進むほど

the greater the pressure difference, and the greater that force.

圧力差が大きくなり 揚力も大きくなります

Once it overcomes the downward force of gravity,

一度 揚力が 下向きの重力に勝ると

the plane takes off.

飛行機は離陸します

Air flows smoothly around curved wings.

空気は膨らんだ翼周りを スムーズに流れます

But a wing’s curvature is not the cause of lift.

しかし 翼の湾曲が 揚力の要因ではありません

In fact, a flat wing that’s tilted upwards can also create lift—

実際 上向きの平板翼も 揚力を発生させることが可能です ―

as long as the air bends around it,

空気が翼周りで曲がり

contributing to and reinforcing the pressure difference.

圧力差が発生し これが強まればよいのです

Meanwhile, having a wing that’s too curved or steeply angled

一方で 膨らみすぎた翼や 急な角度をもつ翼は

can be disastrous:

大災害を招きかねません

the airflow above may detach from the wing and become turbulent.

上面の気流が翼から離れ 乱流となるのです

This is probably what happened with Einstein’s wing design,

これが おそらく アインシュタインによって設計された

nicknamed “the cat’s back.”

いわゆる “猫の背中” だと思われます

By increasing the wing’s curvature,

アインシュタインは 曲率を上げることにより

Einstein thought it would generate more lift.

より大きな揚力を 生み出せると思ったのです

But one test pilot reported that the plane wobbled

しかし あるテストパイロットは 飛行中に“妊娠中のアヒル” のごとく

like “a pregnant duck” in flight.

機体が揺れたと報告しています

Our explanation is still a simplified description

我々は 繊細で複雑なプロセスを

of this nuanced, complex process.

単純化して説明しているにすぎません

Other factors, like the air that’s flowing meters beyond the wing’s surface—

他にも 上昇したり下降したり繰り返す ―

being swept up, then down—

翼から数メートル先の気流や

as well as air vortices formed at the wing’s tips,

翼の先端で形成される 空気の渦も

all influence lift.

すべて揚力に影響を与えます

And, while experts agree that the pressure difference generates lift,

また 圧力差が揚力を発生させている という考えに 専門家は同意していますが

their explanations for how can vary.

その仕組みに関する見解は様々です

Some might emphasize the air’s behavior at the wing’s surface,

翼表面での空気の動きを 強調する者もいれば

others the upward force created as the air is deflected downwards.

空気が下方に曲がる際に 揚力が生じると主張する者もいます

However, there's no controversy when it comes to the math.

しかし 数学となれば 議論の余地はありません

Engineers use a set of formulas called the Navier-Stokes equations

工学者たちは “ナビエ-ストークス方程式” という一連の数式を用いて

to precisely model air’s flow around a wing

翼周りの気流を 正確にモデル化し

and detail how lift is generated.

揚力発生のメカニズムを 詳細に説明しています

More than a century after Einstein’s foray into aeronautics,

アインシュタインが航空学に 足を踏み入れてから一世紀以上たった今でも

lift retains its reputation as a confounding concept.

揚力は複雑な概念として 扱われています

But when it feels like it’s all going to come crashing down, remember:

でも 墜落しそうな時は 思い出してください

it’s just the physics of fluid in motion.

流体運動による物理現象にすぎないと

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