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紙飛行機（アメリカ英語ではpaper airplaneまたはpaper dart、イギリス英語ではpaper aeroplaneとも呼ばれる）は、一枚の紙または厚紙を折りたたんで作るおもちゃの飛行機、通常はグライダーである。一般的には、ダーツのように投げられる、先端が重い単純な三角形の形をしている。[ 1 ]
紙飛行機は、1864年に出版されたアメリカの児童書にその作り方が記述されていることから、19世紀半ばにはすでに作られていたことが知られている。[ 2 ]
ルートヴィヒ・プラントルが1924年の国際理論応用力学連合の晩餐会で紙飛行機を製作したが、テオドール・フォン・カルマンはそれを無作法な遊びだと一蹴した。[ 3 ]
プラントルはやや衝動的なところもあった。オランダのデルフトで開催された会議後の、かなり格式高い夕食会での出来事を覚えている。テーブルで彼の隣に座っていた妹のジョセフィーヌが、飛行の仕組みについて彼に質問した。彼は説明を始めたのだが、その途中で紙のメニューを手に取り、自分がどこにいるのかも考えずに小さな模型飛行機を作り始めた。すると、それはフランス教育大臣のシャツの胸元に着地し、妹をはじめ、その場にいた人々は大いに困惑した。
時が経つにつれ、紙製の模型飛行機は速度、揚力、推進力、[ 4 ]スタイル、ファッションにおいて設計上の改良が加えられてきました。
紙製のグライダーは、1930年から1988年の間に3つの発展形態を経てきた。
同時期に行われた折り畳み式／折り紙式グライダーの開発においても同様の洗練が見られ、以下のような構造上の改良が加えられた。
高度な紙飛行機製作技術の普及を支えた技術：
模型飛行機の製作によく使われるバルサ材と比較すると、紙の密度は高い。そのため、従来の折り紙製グライダー（上記参照）は、空気抵抗が大きく、翼弦の空力特性も不完全になる。
しかし、バルサ材のグライダーとは異なり、紙製のグライダーは強度対厚さ比がはるかに高い。オフィス品質の80g /m²のコピー機/ 例えば、レーザープリンター用紙は、航空機グレードのアルミニウム板金とほぼ同等の強度を持ち、一方、厚紙は、紙製模型飛行機のスケールにおいて鋼鉄の特性を近似的に表している
未加工の折り紙飛行機は滑空比が非常に悪く、構造や材料によっては7.5:1を超えることはまずありません。折り紙グライダーを改造することで飛行性能を大幅に向上させることができますが、重量が増加し、多くの場合、空力特性や構造上の妥協が必要となります。折り紙と接着剤やテープを組み合わせた構造の翼では、翼面荷重の増加によって層流が崩壊することがよくあります。
二宮教授とマシューズ教授は、1960年代後半から1980年代にかけて、より体系的な設計戦略を開発しました。それまで、紙製の模型飛行機は飛行性能を重視せずに設計されていました。両教授は、空力設計と流体力学を用いることで、従来の飛行性能基準を大幅に上回る模型を設計することに成功しました。飛行距離は、離陸時にグライダーに投入するエネルギー量に応じて、一般的な10メートル強から85メートル強へと伸びました。
現在、この2人の教授の研究は、紙製模型グライダーの飛行性能向上に関する最後の本格的な研究成果となっている。愛好家たちがオンラインフォーラムや個人のウェブサイトを通じて共同で行っている研究は、主にこれらのオリジナルのグライダーを改良したものである。
スケールモデル設計の分野では、現在、高度な設計の可能性が数多く存在します。プロファイルグライダーは、一般的に湾曲した翼型である翼の形状に起因する飛行性能の向上上の制約に直面しています。さらに、胴体はバルサ材と紙の積層材、または紙の積層材で構成されており、非常に短期間で反りや破損が生じやすいという問題があります。性能向上は、層流を促進する三次元胴体のモデル化、および高揚力を実現するクラークY型やNACA 4型、 NACA 6型などの高揚力翼型を採用できる内部補強翼によって可能となります。
1960年代後半の日本では、二宮康明教授が先進的な紙飛行機を設計し、その設計は『ジェットエイジ・ジャンボリー』（1966年）と『エアボーン・オールスターズ』（1967年）という2冊の本に掲載された。これらの本に掲載された設計は、1970年代から現在に至るまで「ホワイトウィングス」シリーズの紙グライダーパックとして販売されている。[ 5 ]
ホワイトウィングスは、胴体と翼が紙の型紙を切り貼りして作られている点で、従来の紙飛行機とは大きく異なっている。低速空力設計の原理に基づいて設計されている。模型の製作には、日本で販売されているカートリッジペーパーの一種であるケント紙が使用されている。
初期のモデルはすべて手描きだったが、1980年代までにはCADソフトウェアを使用して部品が設計されるようになった。
二宮氏の設計には、紙模型としては初めて、気流によって駆動する可動式プロペラも含まれており、特に1967年のセスナ・スカイマスターとピアジオP.136のプロファイルスケールモデルにそれが顕著に表れている。また、バラストなしで飛行できるようにグライダーを綿密に設計したことも特筆すべき点であり、彼のF-4ファントムIIモデルは、クリップなどを使わなくてもすぐに飛行させることができる。
高性能グライダーの胴体は、バルサ材の胴体プロファイルを紙製の部品に接着することで剛性を保っています。使用されている紙はかなり厚く、標準的な画用紙の約2倍の重さですが、軽量ボール紙よりは軽いです。初期のホワイトウィングはすべて紙製で、製作には忍耐と技術が必要でした。しかし後にバルサ材の胴体が使用されるようになり、ホワイトウィングは「プレカット」された状態で販売されるようになったため、製作が容易になりました。使用されている翼型はゲッティンゲン801（湾曲したプレート）で、各キットには型紙が切り抜き部品として付属しています。
1984年、南アフリカのウィットウォーターズランド大学で熱力学の講師を務めていたEHマシューズ教授は、高性能模型飛行機に関する最初の概説書を出版しました。その本は『ペーパーパイロット』（Struik、1984年）です。この本は大成功を収め、続編として『ペーパーパイロット2』（1988年）、『ペーパーパイロット3』（1991年）、『ペーパーパイロットのための12機の飛行機』（1993年）、そしてスケールモデルを特集した単行本『Ju 52』が出版されました。未発表のモデルには、1996年に青少年向けプログラム「Tekkies」で紹介された、Ju 52によく似たエアバスA320のスケールモデルなどがあります。
これらの本には、軽量の厚紙に印刷された部品の型紙が掲載されており、長距離飛行において航空機の優れた飛行性能を発揮できるように設計されていた。
グライダーへの世間の関心と出版の成功により、開発の一部は1988年の最初の書籍発売時に南アフリカのテレビで放送され、また1993年にはPaper Pilot 3の発売に関連した全国紙飛行機コンテストに合わせて再び放送された。グライダーの空力設計は、最適化された小型風洞を利用して行われた。この施設では、フラットグライダーのブリテン・ノーマン・トリスランダーが撮影され、重量バランスを使用して飛行の最適化が実証された。グライダーの一部の設計は、当時このCADソフトウェアの最先端バージョンであったAutodesk AutoCAD R12を使用して行われ、この技術を使用して設計された最初の一般に入手可能な紙飛行機モデルの一つとなった。
グライダーの構造は、二宮博士の「ホワイトウィングス」シリーズの平面グライダーで使用された構造と非常によく似ている。後期の立体胴体を持つグライダーは、飛行性能を最適化した軽量構造を採用している。革新的な点としては、良好な着陸を可能にしながら抗力を増加させない機能的な車輪式着陸装置が挙げられる。
紙製のパイロットグライダーは、最高の性能を発揮するために湾曲した翼型を採用しています。ホワイトウィングスグライダーと同様に、その設計はトリム調整に非常に敏感で、実際、平均的な条件下では狭い室内空間でも飛行が可能です。初期版のほとんどにはカタパルトフックが装備されており、この方法で発射するとラグビー場の長さを飛行できる能力を示します。
後の版やグライダーにはバンジーフックが装備され、その製作方法はPaper Pilot 3および12 Planes for the Paper Pilotに含まれています。バンジーシステムは、ラジコン飛行機や実物大のグライダーの発射に使用される方法を、より小さなスケールで、コストと複雑さを大幅に削減して実現しています。現在までに、このような発射システムが書籍形式で出版された紙飛行機に適用された唯一の例です。バンジーでの飛行性能は非常に良好で、特にグライダーの 1 つ、スケールモデルの U-2 (シリーズ最後の本に掲載) は、バンジーフック発射で 120 メートルを超える飛行性能を示しました。
世界で初めて出版された紙製のオートジャイロ（エンジンなしヘリコプター）は、リチャード・K・ニューによるもので、1967年に出版された「The Great International Paper Airplane Book」に掲載された。垂直降下しながら、翼は中央のバラストシャフトの周りを円を描くように飛ぶ。[ 6 ]この基本的な設計は何度か出版されており、広く知られている。
世界で初めて公表された、前向きの機体が回転するブレードによって揚力を得る、前方に滑空する紙製オートジャイロは、ジェームズ・ゾンカーによって製作された。これは、1985年にサイエンス誌から出版された『紙飛行機の本：第2回国際紙飛行機コンテスト公式書籍』の53ページに掲載されている。その双発の逆回転ブレードは、発射時に紙製の軸を中心に自動的に回転し、揚力を生み出す。
EH マシューズは、ペーパーコプターとして知られる飛行安定性のある紙製模型ヘリコプターを開発しました。これはリング状の翼を持ち、リングの内側の縁に飛行安定性を調整するためのフラップが配置されています。厳密にはオートジャイロではありませんが、この紙製模型航空機は紙製模型ヘリコプターの一般的な設計に含まれ、前進飛行中に揚力を発生させる回転飛行要素を備えています。マシューズ教授がペーパーコプターと名付けたこの模型は、他のすべてのクラスをはるかに超える航続距離と速度を持ち、非常に速く飛行でき、航続距離が10～15 メートルである点で、紙製模型回転翼航空機の中で独特です。最長飛行時間は27.9秒です。[ 7 ]
飛行には複数の目的がある。
すべての目標には典型的な飛行機があり、時には世界記録もある。[ 8 ]
紙飛行機を最も長く、最も遠くまで飛ばすという記録を破ろうとする試みは、長年にわたって数多く行われてきた。
ケン・ブラックバーンはこのギネス世界記録を13年間（1983年～1996年）保持し、1998年10月に紙飛行機を27.6秒間（室内）飛行させることで記録を奪還した。これはギネス関係者とCNNの報道によって確認された。[ 9 ]ブラックバーンがこの記録更新に使用した紙飛行機は「グライダー」だった。2023年3月現在戸田拓雄（日本）は、2010年12月19日に広島県福山市で、空中滞在時間の世界記録（29.2秒）を保持している。[ 10 ]現在の距離記録は、2023年2月時点で、ディロン・ルーブル（米国）が2022年12月2日に米国インディアナ州クラウンポイントで、ナサニエル・エリクソンとギャレット・ジェンセン（ともに米国）のサポートを受けて達成した88.318メートル（289 フィート9インチ）である。[ 11 ]
スティーブン・クリーガーは2003年に207フィート4インチ（63.20メートル）の投擲で記録を保持していた。9年以上後、2012年にジョー・アヨーブが226フィート10インチ（69.14メートル）の紙飛行機を投げ、記録を破った。この飛行機は「紙飛行機男」として知られるジョン・コリンズによって設計された。[ 12 ] [ 13 ]この記録は10年以上破られなかったが、2022年にキム・キュテがシン・ムジュンとチー・イージアン（ジュリアン）が設計した飛行機で252フィート7インチ（76.99メートル）の新記録を樹立した。[ 14 ] 2025年12月28日、劉立文が6か月以上のテストと改良を経て開発された飛行機を使って、中国・上海の屋内で紙飛行機を98.43メートル（322.9フィート）飛ばし、記録が再び破られた。[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]
紙飛行機のギネス世界記録のルールは以下の通りです。
紙飛行機は模型飛行機の一種であり、他の種類の飛行模型と比べて空力的な影響の受け方は変わりません。しかし、紙飛行機の素材は、他の素材で作られた飛行機と比べて、飛行性能に様々な異なる影響を与えます。
一般的に、紙飛行機が飛行中に作用する空気力学的力は4つあります。
総合的に見ると、空気力学的力が相互に作用し合い、紙飛行機の表面のわずかな変化を増幅させる乱流を生み出します。ほとんどの紙飛行機は、翼の後縁や尾翼（尾部がある場合）を曲げたり、湾曲させたり、小さな切り込みを入れたりすることで改造できます。
グライダーをモデルにした最も一般的な調整方法は、上反角、補助翼、昇降舵、方向舵である。
紙製模型飛行機のレイノルズ数（Re）の範囲は、かなり広い。
これらの範囲は目安です。前述のように、紙の質量密度比により、出力重量比の点でバルサ材の模型と同等の性能は得られませんが、翼幅が250mm から1,200mmの模型の場合 、臨界レイノルズ数は同程度の寸法のバルサ材のグライダー模型と非常によく似ています。
紙製の模型は、一般的に翼のアスペクト比が非常に高い（模型グライダー）か、非常に低い（古典的な紙製のダーツ）ため、ほとんどの場合、翼の平面形状と翼型の臨界レイノルズ数よりもはるかに低い速度で飛行します。臨界レイノルズ数では、流れは層流から乱流に崩壊します。
折り紙のダーツはほとんどの場合、乱流の中を飛んでいるため、乱流の研究において重要であり、木や植物の葉、昆虫の羽など、自然界に見られる低レイノルズ数揚力面も同様に重要である。
高性能なプロファイルモデルやスケールモデルは、飛行中に翼断面の臨界レイノルズ数に近づくことができ、これは紙製模型設計の観点から見て注目すべき成果である。これらのグライダーは、材料の制約がある中で、実際に可能な限り最高の性能を発揮しているという事実が、その性能の根拠となっている。
近年行われた様々な素材仕上げに関する実験により、レイノルズ数と紙モデルの間に興味深い関係性が明らかになった。折り紙や複合折り紙構造の性能は、滑らかな紙を導入することで著しく向上するが、これは紙の質量が大きいため貫通性が向上することも一因となっている。
性能がやや劣る機体やスケールモデルは、一般的に、より重く光沢のある表面材を使用してもメリットはありません。性能プロファイル型の機体は、光沢のある滑りやすい紙を構造材に使用すると、性能が多少向上しますが、速度は向上するものの、多くの場合、抗力に対する寿命の比率が悪化することで相殺されます。スケールモデルでは、構造材に重く光沢のある紙を追加すると、性能が低下することがわかっています。
模型の翼断面形状は、種類によって異なります。
翼型のキャンバーも様々です。一般的に、レイノルズ数（Re）が低いほど、キャンバーは大きくなります。折り紙のような形状の機体は、性能がやや劣るスケール機体と比べて、非常に大きなキャンバーを持ちます。スケール機体は質量が増加するにつれて飛行速度が上がり、キャンバーが大きいほど誘導抗力が低くなるためですが、これはモデル化する機体の種類によって異なります。
スケール性能やスケールモデルの場合、モデラーの意図によって選択される翼型断面の種類が決まります。第一次世界大戦の複葉機は、飛行性能を重視して設計されている場合、低速滑空時に大きなキャンバー面と高い揚力係数（Cl）が得られる湾曲板翼型を採用することがよくあります。第二次世界大戦の単葉機は、スケールモデルと非常によく似た翼型断面を持つことが多いですが、スケールモデルと比較してキャンバーを改善するために後縁の垂れ下がりが大きくなっています。
同様に、サイズ、対気速度、質量は翼型の選択に非常に大きな影響を与えるが、これは材質に関係なく、模型飛行機の設計において普遍的に考慮すべき事項である。
元ギネス世界記録保持者のティム・リチャードソン氏は、紙飛行機に「尾翼」をつけるという決定に反対している。彼のウェブサイトに掲載されている紙飛行機の空力に関する説明では、尾翼は不要だと述べている。彼は実在するB-2スピリット爆撃機を例に挙げ、機体を安定させるためには翼に沿って重りを前方に配置する必要があると説明している。（注：紙飛行機に尾翼が不要な主な理由は、通常、ヨーイングを防ぐ大きな薄い胴体と、ピッチングを防ぐ全長にわたる翼を備えているためである。）
エドモンド・ホイは、ハンググライダーの空力学に基づいて、1977年にステルス爆撃機のような紙飛行機「ペーパーラング」を独自に発明した[ 19 ]。その特徴は、適切に制御された翼型断面、高アスペクト比の翼、そして製作者が形状のあらゆる側面を変更できるように設計された構造方法である。1987年には「驚異の紙飛行機」という本が出版され、1992年には多数の新聞記事で取り上げられた。ホッチキスを使用しているため、ほとんどの紙飛行機競技会には参加できないが、12対1を超える滑空比と優れた安定性を備えた非常に高い滑空性能を持つ。
1975年、折り紙アーティストのマイケル・ラフォッセは、純粋な折り紙（一枚の紙で、切ったり、糊付けしたり、ホッチキスを使ったりしない）でできた飛行翼を設計し、「アールデコ・ウィング」と名付けました。その空力形状はハンググライダーや超音速機の翼型を模倣していますが、発明のきっかけは、まず折り紙の美しさを探求することでした。滑空比と安定性は、糊やテープ、ホッチキスを使った多くの優れた紙製翼構造に匹敵します。このデザインは、1984年にスティーブン・ワイス著の書籍『Wings and Things』（セント・マーティンズ・プレス刊）で初めて発表されました。
軽い紙飛行機の方が重い紙飛行機よりも遠くまで飛ぶというのが一般的な見解だが、ブラックバーンはこの見解を誤りだと考えている。ブラックバーンの記録破りの20年前の紙飛行機[ 20 ]は、最高の飛行機は翼が短く、投げる人が紙飛行機を空中に投げる発射段階で「重い」状態であり、同時に翼が長く「軽い」重量であれば紙飛行機の飛行時間は長くなるが、発射段階で「重い」重量で強く投げることはできないという彼の信念に基づいていた。ブラックバーンによれば、「最高高度に達し、滑空飛行にうまく移行するには、投擲角度が垂直から10度以内でなければならない」とのことである。これは、紙飛行機をうまく投げるには、少なくとも時速60マイル（時速97キロメートル）の速度が必要であることを示している。
折り畳んだ後も、折り畳まれた紙の異なる層の間には隙間（切り取り線）が残ります。これらと気流に垂直な折れ目は、特に翼の上側で空力特性に悪影響を及ぼす可能性があります。一部のモデルでは、表面が気流ブレーキとして作用する流れの方向に整列していません。通常、重心は 1/81 の位置にあり、面積中心は飛行機の長さの 1/2 の位置にあります。重心を前方に移動させる方法は 2 つあります。1 つは前縁を巻き上げて後退角をつけない方法です。もう 1 つは後退翼または軸方向の折り畳みを使用して、翼の前縁から胴体のようなものが伸びているような形状を作る方法です。
紙飛行機のフリースタイルバージョンを作成することも可能で、それらはより伝統的な紙ダーツ、ジェット機、グライダーと比較して、しばしば変わった飛行経路を示します。高い発射速度を生み出す別の推進技術には、ゴムバンドを「カタパルト」として使用するものがあります。ウォークアロンググライディングは、紙飛行機のデザイン（タンブルウィング、フォローフォイル[ 21 ]、紙飛行機サーファー[ 22 ]など）を、厚紙の端で滑空飛行させることで継続的に推進するものです。
いつか宇宙から紙飛行機が打ち上げられる日が来るかもしれない。試作機は2008年3月に風洞での耐久性試験に合格し、日本の宇宙航空研究開発機構（JAXA）は国際宇宙ステーションからの打ち上げを検討した。しかし、飛行機の開発者である戸田拓夫氏（上記の世界記録を参照）と、同じく熱心な愛好家で東京大学の航空工学教授である鈴木慎司氏は、飛行機が地球への1週間の旅の間、たとえどれかが焼けつくような降下を生き延びたとしても、追跡することはほぼ不可能だと認識し、試みを延期した。開発者たちは、中国かロシアがこのプロジェクトのさらなる取り組みを支援してくれることを期待していた。[ 23 ]
2011年2月、ドイツ上空37kmの気球の 下のネットから200機の飛行機が打ち上げられた。これらの飛行機は、最大160km / hの突風でも安定した飛行を維持するように設計されていた。飛行機にはデータをアップロードできるメモリチップが搭載されており、ヨーロッパの他の場所やカナダ、インド、南アフリカ、オーストラリアでも発見されたと報告されている。プロジェクトの広報担当者は、南半球からの報告には「少し疑わしい」と述べたが、飛行機が遭遇する「相当な」風と、よくできた紙飛行機は「1フィート落とすごとに12フィート地面を移動する」という事実を考えると、飛行機がアメリカに到達することは可能だと述べた。[ 24 ]
2015年6月24日、イギリスのサフォークにあるケスグレイブ高校のクラブが、紙飛行機の最高高度打ち上げで世界記録を達成し、35,043メートル（114,970フィート）の高度に到達した。[ 25 ]
Wiktionaryにおける紙飛行機の辞書定義