翼

翼は、空気中を移動する際に揚力と抗力の両方を生み出すフィンの一種です。翼は、翼断面と平面形という2 つの形状特性によって定義されます。翼の効率は、飛行中の特定の翼形状の揚力の利点と空気抵抗を比較した揚力抗力比として表されます。空気力学は、空気中の翼の性能を研究する学問です。

水中を移動する同等のフォイルは、高速で水面から浮上する水中翼船やフォイル帆船、潜水艦で潜水面を使用して船を上または下に向けながら水中を移動する場合に使用されます。流体力学は、水中でのフォイルの性能を研究する学問です。

古ノルド語の「翼」という言葉は^{、何世紀にもわたって主に}鳥類の先端の肢（建築物の通路も含む）を指していました。しかし、近年では、この言葉の意味は昆虫、コウモリ、翼竜、ブーメラン、一部の帆船や航空機、またはレーシングカーの翼型などの揚力を生み出す付属器官を含むように広がりました。^[2]

自然界では、翼は恐竜、鳥類（鳥の翼を参照）、哺乳類、魚類、爬虫類、植物において移動手段として進化してきた。^[要出典]ペンギンの様々な種や、ウミスズメ、ウミガラス、ミズナギドリ、ケワタガモ、コガモ、潜水ウミツバメなどの飛べる、飛べない水鳥は、水中での水泳が得意で、翼を使って水中を進んでいく。^[3]

• 自然界における翼の形
• 
  降下時に自動回転を引き起こす有翼樹の種子
• 
  笑うカモメ。カモメの翼のような輪郭をしています。
• 
  飛んでいるコウモリ

航空機の翼の設計と解析は、流体力学の一分野である空気力学の主要な応用分野の一つである。流体力学のナビエ・ストークス方程式を解くことで、あらゆる移動物体の周りの気流の特性を知ることができる。単純な形状を除いて、これらの方程式を解くのは困難である。^[4]より簡単な説明は以下の通りである 。

翼が「揚力」を生み出すには、翼を通過する空気の流れに対して適切な迎え角で向いていなければなりません。これが起こると、翼は空気の流れを下向きにそらし、翼を通過する空気を「方向転換」します。翼は空気に方向を変える力を加えるので、空気は翼に大きさは同じで方向が反対の力を加えなければなりません。この力は、翼の上部と下部に存在する異なる空気圧から生じます。^{[5] [6] [7]}

翼の上面では周囲より低い気圧が発生し、翼の下面では周囲より高い気圧が発生します。(翼型を参照) これらの気圧差は、圧力測定装置を使用して測定するか、または空気速度の変化と気圧の変化を関連付ける ベルヌーイの定理などの物理的原理を使用して空気速度から計算することができます。

翼の上部の空気圧が低いと、翼の下部の空気圧が高いために発生する上向きの力よりも、翼の上部に発生する下向きの力が小さくなります。これにより、翼に上向きの力が加わります。この力は、翼によって発生する揚力と呼ばれます。

翼を通過する空気の速度の違い、気圧の差、気流の方向の変化、翼の揚力は、揚力がどのように生成されるかを説明するさまざまな方法であるため、他の 3 つのうちの 1 つから揚力を計算することができます。たとえば、揚力は圧力差から計算することも、翼の上と下の空気の速度の違いから計算することも、偏向した空気の総運動量の変化から計算することもできます。流体力学は、これらの問題を解決するための他のアプローチを提供し、正しく実行すればすべて同じ答えが得られます。特定の翼と空気中の速度が与えられた場合、どの数学的アプローチを使用するのが最も便利であるかについての議論は、航空力学の研究に詳しくない人々によって、飛行の基本原理に関する意見の相違と誤解される可能性があります。^[8]

非対称断面の翼は亜音速飛行では標準です。対称断面の翼は、正の迎え角を使用して空気を下向きに偏向させることで揚力を発生させることもできます。対称翼は、同じ翼面積のキャンバー翼よりも失速速度が高くなりますが^[9] 、航空機が直立しているか逆さまになっているかに関係なく同じ飛行特性を提供するため、曲技飛行機で使用されます。 ^[10]別の例は帆が薄いシートであるヨットです。^[11]

音速に近い飛行速度（遷音速飛行）では、音速に近い気流に伴う抗力の顕著な増加を最小限に抑えるために、特定の非対称翼型が使用されます。^{[12]これらの翼型は}超臨界翼型と呼ばれ、上部が平らで、下部が湾曲しています。^[13]

航空機の翼には次のような特徴があります。

• 丸みを帯びた先端断面
• 鋭い後縁断面
• スラット、スロット、エクステンションなどの最先端のデバイス
• フラップやフラッペロン（フラップとエルロンの組み合わせ）などの後縁装置
• 翼端渦による抗力の増加と揚力の低下を防ぐウィングレット
• 上反角、つまり水平に対する正の翼角は、ロール軸の周りの螺旋安定性を高めますが、下反角、つまり水平に対する負の翼角は、螺旋安定性を低下させます。

航空機の翼には、パイロットが飛行中の動作特性を変えるために翼の形状と表面積を変更するために使用するフラップやスラットなどのさまざまな装置が装備されています。

• 航空機をロールさせるためのエルロン（通常は翼端付近）
• 上面のスポイラーは降下時の抗力を増加させ、ブレーキング時に車輪にかかる重量の増加による揚力を低減します。
• 遷音速流における流れの剥離を防ぐ渦発生器
• 境界層の剥離がロール方向に広がるのを防ぎ、流れを翼に付着させたままにする翼フェンス。
• 折りたたみ式の翼により、航空母艦の格納庫デッキの限られたスペースに、より多くの航空機を保管することができる。
• 可変後退翼または「スイング翼」は、低速飛行（離陸、着陸、徘徊など）時には翼を広げ、高速飛行（超音速飛行を含む）時には後退翼を可能にするもので、F-111 アードバーク、F-14 トムキャット、パナビア トルネード、MiG-23、MiG-27、 Tu-160 、B-1B ランサーなどがこれに該当する。

固定翼航空機の他に、翼の形状の用途としては以下が挙げられる。^[要出典]

• ハンググライダーは、完全に柔軟なもの（パラグライダー、滑空パラシュート）、柔軟なもの（フレームセイルウィング）、硬質のものまでさまざまな翼を使用します。
• 凧は、さまざまな揚力面を使用する。
• 飛行模型飛行機
• ヘリコプターは、可変ピッチ角の回転翼を使用して方向性のある力を提供します。
• プロペラは、そのブレードが推進力を生み出す揚力を発生させます。
• NASAの スペースシャトル。滑走路への降下中は滑空するためだけに翼を使用します。このタイプの航空機はスペースプレーンと呼ばれます。
• 一部のレーシングカー、特にF1カーは、高速走行時により大きな牽引力を得るために逆さまの翼（または翼型）を使用しています。
• 帆船は、水面を移動するために、帆を垂直の翼として使用します。

1948 年、フランシス ロガロは完全に柔軟なフレキシブル ウィングを発明しました。ドミナ ジャルバートは、柔軟なスパーのないラムエア翼型の厚い翼を発明しました。

ウィキメディア・コモンズには、 Wingsに関連するメディアがあります。

• 翼の仕組み - ホルガー・バビンスキー 物理教育 2003
• 飛行機の飛行原理：揚力の物理的説明
• 飛行の科学を解明する - NPR のトーク・オブ・ザ・ネイション・サイエンス・フライデーのオーディオ セグメント
• NASAの説明とシミュレーション
• スタイロホークの翼の飛行
• どのように飛ぶか見てみましょう