迎角

迎角（むかえかく、げいかく）についての解説

迎角、または迎え角は、流体（液体や気体）の中にある物体がその流れに対してどの程度傾いているかを示す角度を指します。この概念は、特に航空機の主翼において重要な役割を果たしています。一般には、主翼の前縁と後縁を結ぶ線（翼弦線）の一様流とのなす角度で定義され、角度が前上がりとされる場合はプラスの値を取ります。

揚力と抗力の関係

航空機の技術において、迎角の変化に伴って発生する揚力係数と抗力係数は、概ね迎角に比例して増加します。しかし、抗力係数は無限大に増加し続けるのに対し、揚力係数は特定の点で最大に達し、その後急激に減少します。この最大の揚力係数を持つ迎角は失速迎角と呼ばれ、これを超えると失速状態に陥る危険性が高まります。失速状態は、抗力が増加し、揚力がさらに減少するため、非常に不安定で危険な状態です。

航空機は、十分な速度があれば迎角を増大させずに上昇することができますが、逆に不十分な速度の場合には揚力が不足し、機体が降下し始めます。その結果、迎角が増加して失速状態に陥ることがあるため、迎角の管理が重要です。

揚抗比と滑空性能

迎角に関連するもう一つの重要な概念は揚抗比です。これは、ある迎角における揚力係数と抗力係数の比率を示し、揚抗比が高いほど航空機の滑空性能が向上し、航続距離も伸びることに繋がります。これにより、操縦者は機体の効率的な飛行を実現できます。

風圧分布と中心

主翼の上面では、ベルヌーイの定理により揚力が発生します。この時、風圧分布によって発生する揚力と抗力の合力が翼弦線を交差する点を風圧中心と呼びます。興味深いことに、この風圧中心は迎角が変わることで移動しますが、主翼の物理的中心とは一致しません。そのため、風圧中心に働く揚力と抗力によって生じるモーメント（回転力）も発生します。

特定の翼弦線上には、迎角の変化に関わらずモーメントが生じない点があります。これを空力中心と言い、通常は翼弦線の約25%の位置に存在します。

零揚力角とその役割

多くの翼は、迎角が0°であっても揚力が発生するように設計されています。この範囲で揚力がゼロになる角度を零揚力角と呼びます。また、揚力は機体の速度の2乗に比例するため、迎角が一定であれば低速では揚力が不足し、機体は降下し、高速では揚力が過剰となり上昇します。このため、航空機が水平飛行を維持するためには特定の速度領域での対応が求められます。操縦者は速度に応じて機首の角度を調整することで、迎角を制御し、揚力を調整することが求められます。

その他の事例

興味深いことに、凧は失速状態で空中にいることがあります。また、帆船においても、進路が風下に近い場合、帆の迎角は失速領域に入ることがあり、揚力よりも抗力を主に利用することが多いのです。これらの現象は、迎角とその影響を理解する上での実例となります。

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