航空学

航空学は、飛行可能な機械の研究、設計、製造、および大気圏内での航空機やロケットの運用技術に関わる科学または芸術です。この用語はもともと航空機の運用のみを指していましたが、その後、航空機に関連する技術、ビジネス、その他の側面も含むように拡張されました。^[1] 「航空」という用語は航空学と互換的に使用されることがありますが、「航空学」には飛行船などの空気より軽い航空機や弾道車両が含まれますが、「航空」には技術的には含まれません。^[1]

航空科学の重要な部分は、空気の動きと、それが航空機などの運動する物体と相互作用する方法を扱う、 空気力学と呼ばれる力学の分野です。

航空学の知識を全く持たずに飛行しようとする試みは、古くから行われており、典型的には翼を作り、塔から飛び降りるというものであったが、その結果は重傷や致命傷を伴った。^[2]

より賢明な研究者たちは、鳥の飛行の研究を通じて何らかの合理的な理解を得ようとしました。中世イスラム黄金時代のアッバース・イブン・フィルナスなどの科学者もそのような研究を行いました。^{[3] [4] [5] [6]}近代航空学の創始者であるルネサンスのレオナルド・ダ・ヴィンチと1799年のケイリーは、どちらも鳥の飛行の研究から調査を始めました。

人を乗せる凧は古代中国で広く使われていたと考えられている。1282年、イタリアの探検家マルコ・ポーロは当時の中国の技術について記述している。^[7]中国人はまた、小型の熱気球やランタン、回転翼のおもちゃも作った。

飛行に関する科学的な議論を最初に行ったヨーロッパ人はロジャー・ベーコンで、彼は空気より軽い気球と羽ばたき式の羽ばたき飛行機の動作原理を記述し、将来作られるだろうと予想していた。彼の気球の揚力媒体は「エーテル」であったが、その成分はベーコンにはわからなかった。^[8]

15世紀後半、レオナルド・ダ・ヴィンチは鳥類の研究に続き、羽ばたき翼を持つオーニソプターや回転翼ヘリコプターなど、最も初期の飛行機械のいくつかを設計しました。彼の設計は合理的でしたが、特に優れた科学に基づいていませんでした。^[9] 4人乗りのスクリュー式ヘリコプターなど、彼の設計の多くには重大な欠陥があります。彼は少なくとも、「物体が空気に対して提供する抵抗は、空気が物体に対して提供する抵抗と同じである」ことを理解していました。^[10]（ニュートンは1687年まで運動の第三法則を発表しませんでした。）彼の分析により、人力だけでは持続的な飛行には不十分であることがわかり、後期の設計にはバネなどの機械的な動力源が組み込まれました。ダ・ヴィンチの作品は彼の死後失われ、ジョージ・ケイリーの作品に追い抜かれるまで再登場しませんでした。

現代の軽飛行機の時代は、17世紀初頭、空気に重さがあることを証明したガリレオの実験から始まった。1650年頃、シラノ・ド・ベルジュラックはファンタジー小説を執筆し、空気より軽いとされる物質（露）を使って上昇し、一定量の物質を放出して下降するという原理を説明した。^[11] フランチェスコ・ラナ・デ・テルツィは海面での気圧を測定し、1670年に空気がすべて排出された中空の金属球という、科学的に信頼できる最初の揚力媒体を提案した。これらは押しのけられた空気よりも軽く、飛行船を揚力できるものであった。彼が提案した高度制御方法は今日でも使用されており、高度を上げるためにバラストを船外に投下したり、高度を下げるために揚力容器の通気を行ったりしている。^[12]実際にはデ・テルツィの球体は空気圧で潰れてしまうため、さらなる開発はより実用的な揚力ガスの開発を待たなければならなかった。

18 世紀半ばから、フランスのモンゴルフィエ兄弟が気球の実験を始めました。彼らの気球は紙で作られ、浮力ガスとして蒸気を使用した初期の実験は、凝縮した紙への影響により短命に終わりました。煙を蒸気の一種と勘違いした彼らは、気球に熱い煙のような空気を充填し始め、これを「電気煙」と呼びました。原理を完全に理解していなかったにもかかわらず、何度か打ち上げに成功し、1783 年にはフランス科学アカデミーにデモンストレーションを行うよう招待されました。

一方、 1780 年頃、 水素の発見により、ジョセフ ブラックは浮上ガスとして水素を使用することを提案しましたが、実用化には気密気球の素材が必要でした。モンゴルフィエ兄弟の招待を聞いたフランス アカデミー会員のジャックシャルルは、水素気球の同様のデモンストレーションを提案しました。シャルルと 2 人の職人、ロバート兄弟は、気密ゴム引き絹素材を開発して気球の封入に使用しました。水素ガスは、充填プロセス中に化学反応によって生成されることになっていました。

モンゴルフィエの設計にはいくつかの欠点があったが、乾燥した天候が必要であることと、火の粉で紙風船に火がつきやすいことなどである。有人設計では、最初の無人設計のように紙を吊るす籠ではなく、気球の底部にギャラリーがあり、紙が火に近づいていた。自由飛行中、ド・ロジエとダルランデスは、火が出るたびにバケツの水とスポンジで消火した。一方、シャルルの有人設計は本質的に近代的だった。^[13]これらの功績により、熱気球はモンゴルフィエ型、ガス気球はシャルリエール型として知られるようになった。

シャルルとロベール兄弟の次の気球「ラ・カロリーヌ」は、ジャン・バティスト・ミュニエの細長い飛行船気球の提案に従ったシャルリエールであり、外側の気球と、2つ目の内側の気球にガスが入っているのが特徴であった。1784年9月19日、人力推進装置が役に立たなかったにもかかわらず、 パリとブーヴリーの間で100kmを超える最初の飛行を完了した。

翌年、耐久性と操縦性の両方を実現しようと、ロジエは熱気球と水素ガス袋の両方を備えた気球を開発した。この設計はすぐにロジエにちなんでロジエールと名付けられた。原理は、水素部分を一定の揚力に使用し、熱気部分を加熱して冷却することで垂直方向に飛行し、高度に関係なく最も好ましい風を捉えるというものだった。気球の外側は金皮でできていた。最初の飛行は惨事に終わり、それ以来このアプローチはほとんど使用されていない。^[14]

ジョージ・ケイリー卿（1773-1857）は、近代航空学の創始者として広く知られています。1846年に初めて「飛行機の父」と呼ばれ^[15]、ヘンソンは彼を「航空航法の父」と呼びました^[2] 。彼は、飛行の基本原理と力を初めて含めた研究を発表した最初の真の科学的航空研究者でした^{[16] 。}

1809年、彼は「航空航行について」と題する画期的な3部構成の論文の出版を開始した（1809-1810年）。^[17]その中で彼は問題に関する最初の科学的見解を記した。「問題全体は、空気抵抗に力を加えることによって、表面に所定の重量を支えるという制限内に限定される。」彼は航空機に影響を与える4つのベクトル力、すなわち推力、揚力、抗力、重量を特定し、設計において安定性と制御性を際立たせた。

彼は、水平面と垂直面の両方を備えた安定尾翼を持つ固定翼飛行機の現代的な従来型と、無人および有人のグライダー飛行を開発しました。

彼は、飛行の空気力学を調査するために旋回アーム試験装置の使用を導入し、それを使用して、最初のグライダーに使用した平らな翼よりも湾曲した 翼型の利点を発見しました。また、上反り、対角支柱、抗力低減の重要性を特定して説明し、羽ばたき飛行機とパラシュートの理解と設計に貢献しました。^[2]

もう一つの重要な発明はテンションスポークホイールであり、これは航空機の着陸装置用の軽量で丈夫なホイールを作成するために彼が考案したものです。

19 世紀を通じて、ケイリーの考えは洗練され、証明され、拡張され、オットー・リリエンタールの著作に結実しました。

リリエンタールはドイツの技術者であり実業家で、「空飛ぶ男」として知られるようになった。^[18]彼はグライダーで何度も飛行に成功し、その記録が十分に残された最初の人物であり、^[19]それによって「空気より重い」というアイデアを現実のものにしました。新聞や雑誌はリリエンタールの滑空写真を掲載し、飛行機が実用化される可能性について世論や科学者の意見に好影響を与えました。

彼の研究は、現代の翼の概念の開発につながりました。^{[20] [21]} 1891年にベルリンで行われた彼の飛行の試みは、人類の飛行の始まりと見なされています。[ ^22]また、「リリエンタール・ノーマルセゲラパラート」は、量産された最初の飛行機であると考えられており、ベルリンのオットー・リリエンタール機械工場は、世界初の飛行機製造会社となりました。^[23]

オットー・リリエンタールはしばしば「航空の父」^{[24] [25] [26]}または「飛行の父」^{[27]と呼ばれる。}

他の重要な研究者にはホレイショ・フィリップスがいた。

航空学は、航空学、航空科学、航空工学の 3 つの主要分野に分けられます。

航空とは、航空学の技術または実践です。歴史的には、航空は空気より重い物体による飛行のみを意味していましたが、現在では気球や飛行船での飛行も含まれます。

航空工学は、航空機の設計と製造、航空機の動力源、使用方法、安全な運航のための制御方法などをカバーしています。^[28]

航空工学の主要部分は空気力学、つまり空気を通過する科学です。

宇宙飛行の活動が活発化しているため、今日では航空学と宇宙飛行学は航空宇宙工学として統合されることが多くなっています。

空気力学の科学は、空気の動きと、それが航空機などの運動する物体とどのように相互作用するかを扱います。

空気力学の研究は、大きく分けて 3 つの分野に分かれます。

非圧縮性流れは、通常、音速以下の亜音速（マッハ 1）で、空気が物体を避けるために移動する場合に発生します。

圧縮性流れは、通常マッハ 1 を超える速度で空気が圧縮される地点に衝撃波が発生する場所で発生します。

遷音速流はマッハ 1 前後の中間速度範囲で発生し、物体上の気流は、ある地点では局所的に亜音速になり、別の地点では局所的に超音速になることがあります。

ロケットまたはロケット車両は、ロケットエンジンから推力を得るミサイル、宇宙船、航空機、またはその他の車両です。すべてのロケットにおいて、排気ガスは使用前にロケット内に運ばれた推進剤のみで生成されます。 ^{[29]ロケットエンジンは}作用と反作用によって機能します。ロケットエンジンは、排気ガスを非常に速く後方に放出するだけでロケットを前進させます。

軍事や娯楽用のロケットの歴史は、少なくとも13世紀の中国にまで遡ります。^[30]科学、惑星間、産業でロケットが本格的に使われるようになったのは、月面着陸を含む宇宙時代の実現技術となった20世紀になってからでした。

ロケットは花火、兵器、射出座席、人工衛星の打ち上げ用ロケット、有人宇宙飛行、他の惑星の探査などに使用されます。低速での使用には比較的効率が悪いですが、非常に軽量で強力であり、大きな加速を生み出し、合理的な効率で非常に高い速度を達成することができます。

化学ロケットは最も一般的なロケットで、通常はロケット推進剤の燃焼によって排気ガスを生成します。化学ロケットは大量のエネルギーを容易に放出できる形で貯蔵するため、非常に危険です。ただし、慎重に設計、テスト、構築、使用することでリスクを最小限に抑えることができます。

• 航空用語
• ジェッペセン パイロットと航空技術者のための航空辞典
• DTIC ADA032206: 中国語 - 英語航空宇宙辞典

• ウィキメディア・コモンズの航空学関連のメディア

ウィキソースには、1911 年のブリタニカ百科事典の記事「航空学」のテキストがあります。

Wikiquoteには航空学に関する引用があります。

無料辞書『ウィクショナリー』で航空学を調べてみましょう。

• 「物体の飛行の仕組み」スミソニアン国立航空宇宙博物館。実物展示のガイドブック
• 「航空学と宇宙航行学」。MIT OpenCourseWare。マサチューセッツ工科大学。
• Ilan Kroo. 「航空機設計: 統合と分析」。スタンフォード。2001-02-23 にオリジナルからアーカイブ。
• 「航空学初心者ガイド」。グレン研究センター。NASA。

• 「ホームページ」。アメリカ航空宇宙学会。
• 「航空研究と技術分野」。欧州航空科学ネットワーク。2019年10月25日にオリジナルからアーカイブ。2009年2月9日に取得。階層的分類
• 「航空学と航空輸送に関するアイデア」。Wiki。欧州航空学研究諮問委員会。