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滑空飛行は、推力を用いない空気より重い物体の飛行です。動物のこの飛行様式は、ボルプレーニングとも呼ばれます。 [ 1 ]滑空する動物や、グライダーなどの航空機が滑空飛行を 行います。この飛行様式では、降下距離に比べて水平方向にかなりの距離を飛行するため、丸いパラシュートのようにほぼまっすぐ降下する飛行とは区別されます。
滑空飛行の人間による応用は通常、この目的のために設計された航空機を指しますが、ほとんどの動力航空機はエンジン動力なしで滑空することができます。持続飛行と同様に、滑空には一般的に、航空機や鳥の翼、または滑空するフクロネズミの滑空膜のような翼型の使用が必要です。しかし、滑空は、単純な紙飛行機[ 2 ]やカード投げのように、平らな（湾曲のない）翼でも実現できます。ただし、揚力体を持つ一部の航空機や、空飛ぶヘビなどの動物は、下に平らな面を作ることで、翼なしで滑空飛行を実現できます。
ほとんどの翼を持つ航空機はある程度滑空できるが、滑空するように設計された航空機にはいくつかの種類がある。
現在、人間が主に利用するのはレクリエーションだが、第二次世界大戦中は軍用グライダーが兵士や装備を戦場に運ぶために使われた。スポーツやレクリエーションに使われる航空機は、グライダー（帆船）、ハンググライダー、パラグライダーに分類される。後者の2種類は、足で離陸することが多い。これら3種類の航空機は、上昇気流を利用して繰り返し上昇し、次の揚力源を見つける前に滑空できるような設計になっている。グライダー（帆船）で行う場合は、このスポーツはグライディング、時にはソアリングと呼ばれる。足で離陸する航空機の場合は、ハンググライディング、パラグライディングと呼ばれる。固定翼のラジコングライダーも愛好家によってソアリングされている。
モーターグライダーに加えて、動力飛行機の中には、飛行の一部、通常は動力飛行後の着陸時に、定期的に滑空するように設計されているものもあります。これらには以下が含まれます。
滑空飛行を想定して設計されていない航空機は、全エンジン故障や燃料切れなどの緊急事態において、滑空飛行を余儀なくされる場合があります。滑空飛行を必要とした航空会社のフライト一覧をご覧ください。
多くの動物は、単一の祖先を持たずに、それぞれ独立して滑空能力を進化させてきた。特に鳥類は、エネルギー消費を最小限に抑えるために滑空飛行を利用する。大型の鳥類は滑空に非常に長けており、以下のような種が挙げられる。
レクリエーション用航空機と同様に、鳥類は上昇気流に乗って滑空する期間と上昇気流に乗って上昇する期間を交互に繰り返すことができ、最小限のエネルギー消費でかなりの時間を空中で過ごすことができます。特にオオグンカンドリは数週間連続して飛行することができます。 [ 3 ]
滑空を助けるために、一部の哺乳類は飛膜と呼ばれる構造を進化させてきました。これは、体のさまざまな部分の間に張られた膜状の構造です。コウモリでは最も高度に発達しています。鳥類と同様の理由で、コウモリは効率的に滑空することができます。コウモリの場合、翼の表面を形成する皮膚は腹部の皮膚の延長であり、各指の先端まで伸びて前肢と体を繋いでいます。コウモリの飛膜は4つの異なる部分から構成されています。
フクロネズミやモモンガなどの他の哺乳類も飛膜を使って滑空しますが、コウモリに比べて効率ははるかに劣ります。高度を上げることはできません。動物は木から飛び立ち、四肢を広げて滑空膜を露出させます。これは通常、熱帯雨林で木から木へと移動する効率的な手段として、食料を探したり捕食者から逃れたりするために用いられます。この樹上移動の形態は、ボルネオ島やオーストラリアなど、木々が高く間隔が広い熱帯地域でよく見られます。
ムササビでは、飛膜は前肢から後肢まで胴体の両側に沿って伸びています。フクロモモンガでは、飛膜は両手の小指から両足の第一趾まで伸びています。これにより翼が形成され、50メートル以上滑空することができます。[ 4 ]この滑空飛行は、膜の曲率を変えたり、脚や尾を動かしたりすることで制御されます。[ 5 ]
哺乳類や鳥類に加えて、トビウオ、トビヘビ、トビガエル、トビイカなどの動物も滑空する。
トビウオの飛行距離は通常約 50 メートル (160 フィート)ですが、波の先端の上昇気流を利用して最大 400 メートル (1,300 フィート) の距離を移動することができます。 [6 ] [ 7 ]水面から上方に滑空する ために、トビウオは尾を毎秒最大 70 回動かします。[ 8 ]次に、胸びれを広げ、わずかに上向きに傾けて揚力を得ます。[ 9 ]滑空の終わりに、胸びれを折りたたんで海に戻るか、尾を水中に落として水を押し、方向を変えながら再び滑空するために体を持ち上げます。[ 8 ] [ 9 ]「翼」の湾曲した形状は、鳥の翼の空力的な形状に匹敵します。[ 10 ]魚は、空気と海流の組み合わせによって発生する上昇気流の方向に向かってまっすぐ、または斜めに飛ぶことで、空中にいる時間を長くすることができる。[ 8 ] [ 9 ]
クリソペレア属のヘビは、一般的に「空飛ぶヘビ」とも呼ばれています。枝から飛び立つ前に、ヘビはJ字型に体を曲げます。体を木から離して上に突き上げた後、腹部を引っ込め、肋骨を広げて体を「擬似凹面翼」に変えます[ 11 ]。その間ずっと、地面[ 13 ]と平行に横方向に蛇行する動きを続け[ 12 ]、空中で方向を安定させて安全に着地します[ 14 ] 。空飛ぶヘビは、四肢や翼、その他の翼のような突起がないにもかかわらず、モモンガや他の滑空動物 よりも優れた滑空能力を持ち、最大100mもの距離を、生息する森林やジャングルの中を滑空します。[ 13 ] [ 15 ]それらの目的地は主に弾道学によって予測されますが、空中で「滑空」することによって飛行中の姿勢制御を行うことができます。 [ 16 ]
トビトカゲ属（Draco）のトビトカゲは、拡大した肋骨によって形成される膜（飛膜）を伸ばして翼を作り、滑空飛行をすることができる。[ 17 ]
滑空飛行は、新世界（アマガエル科）と旧世界（アオガエル科）の両方の科に属する3,400種のカエルにおいて独立して進化してきた[ 18 ] [ 19 ] 。 この並行進化は、地上高くの樹上での生活への適応と考えられている。旧世界の種の特徴としては、「手足の拡大、すべての指とつま先の間の完全な水かき、腕と脚の側面の皮膚のひだ」などが挙げられる。
滑空する航空機や動物には主に3つの力が作用します。[ 20 ]
航空機や動物が降下すると、翼や胴体の上を流れる空気によって、運動方向に対して垂直な揚力と運動方向に対して平行な抗力が発生します。グライダーは前進しながら降下するため、重量ベクトルには抗力と釣り合う前向き成分があり、速度を一定に保つことができます。抗力を克服するためのエネルギーは、重力ポテンシャルエネルギーの損失から得られます。[ 21 ]
重量によってグライダーは降下するが、上昇気流が下降気流よりも速ければ、高度が上昇する。
揚抗比（L/D比）とは、翼や機体が生み出す揚力を、空気中を移動する際に生じる抗力で割った値です。L/D比が高いほど、滑空角（滑空比）が大きくなり、より優れた滑空性能が得られます。
対気速度が降下率に及ぼす影響は、極曲線で表すことができます。これらの曲線は、最小降下率が得られる対気速度と、揚抗比が最大となる対気速度を示しています。曲線は逆U字型です。速度が低下するにつれて、失速速度付近で揚力は急速に減少します。U字型の頂点は、抗力が最小となる点です。
揚力と抗力はどちらも揚力係数と抗力係数に同じ係数（1/2 ρ air v 2 S）を掛けたものに比例するため、L/D比は揚力係数を抗力係数で割った値、つまりCl/Cdに単純化でき、どちらも対気速度に比例するため、L/D比またはCl/Cd比は通常、迎角に対してプロットされます。
誘導抗力は、翼による揚力の発生によって生じます。低速では、航空機はより大きな迎角で揚力を発生させる必要があり、その結果、誘導抗力が大きくなります。この誘導抗力は、抗力グラフの低速側、つまりU字型の左側で支配的な役割を果たします。
抗力とは、揚力発生とは無関係な抗力であり、表面摩擦や機体・翼の形状によって生じる。この抗力は高速になるほど顕著になり、抗力グラフのU字型の右側を形成する。翼型抗力は、主に断面積の縮小と流線型化によって低減される。
揚力が臨界角まで着実に増加するにつれて、通常は抗力が最小となる点で、翼または航空機は最高の揚抗比（L/D）を発揮します。
設計者は通常、動力付き固定翼機の巡航速度において揚抗比が最大となる翼設計を選択し、それによって経済性を最大化します。航空工学におけるあらゆる事柄と同様に、揚抗比は翼設計における唯一の考慮事項ではありません。高迎角での性能や緩やかな失速も重要です。
抗力を最小限に抑えることは、高性能グライダー（滑空機）の設計と運用において特に重要であり、大型のグライダーでは滑空比が60対1に近づくものもあるが、他の多くのグライダーはそれよりも性能が低く、25対1が訓練用として十分と考えられている。
静止した空気中で一定速度で飛行する場合、グライダーは一定の距離だけ前進し、一定の距離だけ下降します。前進距離と下降距離の比は滑空比と呼ばれます。滑空比 (E) は、これらの条件下では揚抗比と数値的に等しくなりますが、速度が一定でない場合など、他の操縦中は必ずしも等しくなるとは限りません。グライダーの滑空比は対気速度によって変化しますが、よく引用される最大値があります。滑空比は通常、機体の積載量によってほとんど変化しません。機体が重いほど滑空速度は速くなりますが、滑空比はほぼ一定に保たれます。[ 22 ]
滑空比（または「フィネス」）は、下降角度、すなわち滑空角（γ）の余接です。あるいは、前進速度を沈下速度で割った値（無動力航空機の場合）とも言えます。
滑空数（ε）は滑空比の逆数ですが、時々混同されます。
滑空機の性能を測定する際には、最適な滑空比が重要ですが、さまざまな速度域での滑空比もその機体の成功を左右します（滑空に関する記事を参照）。
パイロットは、対気速度を正確に制御し、操縦桿をスムーズに操作して抗力を減らすことで、航空機の最適な揚抗比（L/D）で飛行することがあります。しかし、次に発生する可能性のある上昇気流の強さ、強い下降気流の中で過ごす時間を最小限に抑えること、風の強さも、最適な飛行速度に影響を与えます。パイロットは、下降気流を素早く通過するため、また、向かい風のときは地面に対する滑空角を最適化するために、より速く飛行します。グライダー（帆船）は、より高速で飛行するために、対気速度を上げて次の上昇気流の領域に早く到達できるように、しばしば水のバラストを積載します。これは、下降率と対気速度の増加が比例するため、滑空角にはほとんど影響を与えず、より重い航空機はより高い対気速度で最適なL/Dを達成します。その日の上昇気流の領域が強い場合、バラストの利点は上昇率の低下を上回ります。
上昇気流が下降気流よりも速い場合、航空機は上昇します。低速では、航空機の滑空比は悪くなる可能性がありますが、下降率も低くなります。低速では、上昇気流の中心、つまり上昇率が最も高い場所で機体を急旋回させる能力も向上します。 実用的なハンググライダーやパラグライダーが持つことができる下降率は、約1.0 m/sが上限であり、それ以上になると上昇気流が強い場合のみ上昇が可能になります。グライダー（帆船）の最小下降率は、機種 によって0.4～0.6 m/sです。旅客機などの航空機はハンググライダーよりも滑空比が優れている場合がありますが、前進速度がはるかに高く、下降率もはるかに高いため、サーマルを利用できることはほとんどありません。（ギムリ・グライダー事故のボーイング767の滑空比はわずか12:1でした）。
高度の低下は複数の速度で測定し、「極曲線」にプロットすることで、向かい風や下降気流など、さまざまな条件下で最適な飛行速度を計算できます。グライダーに水バラストを積載した後、別の極曲線を測定することもできます。質量が増加すると、最適な滑空比はより高速で達成されます（滑空比は増加しません）。
上昇気流に乗って滑空する動物や航空機は、上昇気流の中で滑空と上昇気流による上昇を交互に行うことがある。主に5種類の揚力が利用される。[ 31 ]サーマル、リッジリフト、リーウェーブ、収束、ダイナミックソアリング。ダイナミックソアリングは主に鳥類や一部の模型航空機で利用されるが、まれに有人航空機でも達成されている。[ 32 ]
鳥類の滑空飛行の例としては、以下のようなものがある。
人間にとって、滑空はグライダー、ハンググライダー、パラグライダーという3つのエアスポーツの基礎となっている。
セクション4.3
滑空パイロットが利用できる主な揚力には4種類あります。
