フラップ（航空学）

フラップは、一定の重量で航空機の翼の失速速度を下げるために使用される高揚力装置です。フラップは通常、固定翼航空機の翼後縁に取り付けられます。フラップは離陸距離と着陸距離を短縮するために使用されます。フラップは抗力の増加も引き起こすため、必要がないときは格納されます。

ほとんどの航空機に装備されているフラップは部分幅フラップであり、翼の付け根付近からエルロンの内側端まで翼幅方向に伸びます。部分幅フラップが展開されると、翼の内側半分が供給する揚力の割合が増加し、外側半分が供給する揚力の割合が減少することで、翼の翼幅方向の揚力分布が変わります。翼の外側半分によって供給される揚力の割合が減少すると、外側半分の迎え角が減少することになります。これは、外側半分の失速より上のマージンを増やし、エルロンの有効性を維持し、非対称失速やスピンの可能性を減らすため、有益です。翼全体の理想的な揚力分布は楕円形ですが、部分幅フラップを延長すると、楕円形から大幅に外れます。これにより揚力誘導抗力が増大しますが、これにより航空機をより急角度で降下させることができるため、進入および着陸時に有益となる場合があります。

翼フラップを展開すると、翼のキャンバーまたは曲率が大きくなり、最大揚力係数、つまり翼が生成できる揚力の上限が上がります。これにより、航空機はより低速で必要な揚力を生成できるようになり、航空機が安全に飛行を維持できる最低速度 (失速速度と呼ばれる) が低下します。ほとんどの航空機構成では、フラップ展開の便利な副作用として、航空機のピッチ角が減少して機首が下がり、着陸時にパイロットが機首越しに滑走路を見やすくできることが挙げられます。

フラップにはさまざまなデザインがあり、使用する航空機のサイズ、速度、複雑さ、および航空機が設計された時代に応じて具体的な選択が行われます。プレーン フラップ、スロット フラップ、ファウラー フラップが最も一般的です。クルーガー フラップは翼の前縁に配置され、多くのジェット旅客機で使用されています。

ファウラー、フェアリー・ヤングマン、ガウジタイプのフラップは、キャンバーを変更するだけでなく、翼面積も増加させます。揚力面が大きくなると翼面荷重が減り、失速速度がさらに低下します。

一部のフラップは他の場所に取り付けられています。前縁フラップは翼の前縁を形成し、展開されると下方に回転して翼のキャンバーを増やします。デ・ハビランド DH.88 コメットレーサーには、胴体の下と翼後縁の前方にフラップが取り付けられていました。ワコ カスタム キャビン シリーズの複葉機の多くには、上翼の下側の翼弦 中央にフラップが取り付けられています。

一般的な飛行機の揚力方程式はこれらの関係を示しています: ^[1]

${\displaystyle L={\tfrac {1}{2}}\rho V^{2}SC_{L}}$

どこ：

• Lは生成される揚力の量であり、
• ${\displaystyle \rho}$空気の密度は
• Vは飛行機の真対気速度、または空気に対する飛行機の速度である。
• Sは翼の面積である
• ${\displaystyle C_{L}}$は揚力係数であり、使用される翼型の形状と翼が空気と接する角度（または迎え角）によって決まります。

ここで、面積 (S) と揚力係数 ( ) を増やすと、より低い対気速度 (V) でも同様の揚力を生成できることがわかります。そのため、フラップは短距離離着陸 ( STOL )に広く使用されています。 ${\displaystyle C_{L}}$

フラップを展開すると、航空機の抗力係数も増加します。したがって、重量と対気速度が一定であれば、フラップは抗力を増加させます。フラップを展開すると、翼の翼幅方向の揚力分布が歪んで誘導抗力が高まり、航空機の抗力係数が増加します。フラップによっては翼面積が増加するものもあり、一定の速度であれば、総抗力の寄生抗力成分も増加します。^[1]

航空機の種類によっては、離陸時にフラップが部分的に展開されることがあります。 [ ^1]離陸中に使用すると、フラップは滑走距離と引き換えに上昇率を得ます。つまり、フラップを使用すると地上での横揺れは減りますが、上昇率も減ります。離陸時に使用されるフラップの量は航空機の種類ごとに異なり、製造元が制限を提案し、予想される上昇率の低下を示す場合があります。セスナ 172Sパイロット操作ハンドブックでは、地面が柔らかい場合や滑走路が短い場合は離陸時にフラップを 10 度にすることを推奨しており、それ以外の場合は 0 度を使用します。^[2]

着陸時にはフラップを完全に伸ばして航空機の失速速度を下げ、着陸への進入をよりゆっくり飛行できるようにすることができる。これにより、航空機はより短い距離で着陸することができる。フラップを完全に伸ばすことで揚力と抗力が高まるため、着陸地点への進入はより急で低速となるが、翼面荷重が非常に低い（つまり、重量が少なく翼面積が大きい）航空機では操縦が困難になる。飛行線を横切る風（横風）により、航空機の風上側で揚力と抗力が大きくなり、航空機は意図した飛行経路から外れてロール、ヨー、ピッチングする。その結果、多くの軽航空機は横風時にフラップの設定を下げて着陸する。さらに、航空機が地上に着陸すると、翼がまだ揚力を生み出し、航空機の全重量がタイヤにかかるのを防ぐため、フラップによってブレーキの効力が低下し、特に雨天や凍結した路面で停止距離が長くなる。通常、パイロットはこれを防ぐためにできるだけ早くフラップを上げる。^[2]

グライダーの中には、着陸時だけでなく、飛行中にもフラップを使用して、選択した速度に合わせて翼のキャンバーを最適化するものもあります。サーマル飛行中は、失速速度を下げるためにフラップを部分的に展開してグライダーをよりゆっくりと飛行させ、それによって沈下率を下げることができます。これにより、グライダーはサーマルの上昇気流をより効率的に利用し、より小さな円で旋回してサーマルの中心部を最大限に活用できます。 [^{引用が必要]} 高速では、機首下げピッチングモーメントを減らすために、ネガティブフラップ設定が使用されます。これにより、水平安定板に必要なバランス負荷が軽減され、グライダーを縦方向のトリムに保つことに関連するトリム抗力が軽減されます。^{[引用が必要]ネガティブフラップは、エアロトート発進の初期段階と着陸滑走の終了時に、}エルロンによる制御を向上させるためにも使用されることがあります。^{[引用が必要]}

グライダーと同様に、中島キ43などの一部の戦闘機も、空中戦中の操縦性を向上させるために特殊なフラップを使用しており、これにより戦闘機は一定の速度でより多くの揚力を生み出し、より急な旋回が可能になります。^[3]このために使用されるフラップは、より大きな応力に対処できるように特別に設計されている必要があり、ほとんどのフラップには展開できる最高速度があります。精密な曲技飛行競技用に製造されたコントロールラインモデルの航空機には、通常、操縦半径を狭めるのに役立つ、エレベーターと反対方向にフラップを動かすタイプの操縦フラップシステムがあります。

フラップトラックは、主にPH鋼とチタンから製造され、航空機の翼の後縁にあるフラップを制御します。伸縮フラップは、多くの場合、ガイドトラック上を走行します。これらが翼構造の外側を走行する場合は、流線型にし、損傷から保護するためにフェアリングされることがあります。^[4]一部のフラップトラックフェアリングは、高速で 気流が遷音速になる場所で局所的な音速衝撃波によって引き起こされる抗力を軽減する、耐衝撃体として機能するように設計されています。

エンジンの流れと展開したフラップとの干渉を最小限に抑えるために、後縁フラップにスラストゲートまたは隙間が必要になる場合があります。多くのフラップ設置で隙間ができる内側のエルロンがない場合は、フラップセクションの修正が必要になる場合があります。ボーイング 757のスラストゲートは、内側と外側のダブルスロットフラップの間にあるシングルスロットフラップによって提供されていました。^[5] A320 、A330、A340、A380には内側のエルロンはありません。連続シングルスロットフラップにはスラストゲートは必要ありません。ゴーアラウンドの場合、フラップが完全に展開されている間に干渉すると抗力が増加する可能性があり、上昇勾配を損なってはいけません。^[6]

翼の後部は、フラップの前部に取り付けられた単純なヒンジで下向きに回転する。^[7]イギリスの王立航空機工場と国立物理学研究所は1913年と1914年にフラップをテストしたが、実際の航空機に搭載されることはなかった。^[8] 1916年、フェアリー・アビエーション社は、特許取得済みのキャンバー変更装置を含む、再建中のソッピース ベイビーにいくつかの改良を加え、フェアリー・ハンブル・ベイビーと改名したこの機体は、フラップを装備して飛行する最初の航空機となった。^[8]これらはエルロンを組み込んだ全翼幅のプレーン・フラップであり、フラッペロンの最初の例でもあった。^[8]ただし、フェアリー社だけではありませんでした。ブレゲも1917年にブレゲ 14偵察/爆撃機の下翼に自動フラップを組み込みました。 ^[9]他のフラップタイプの方が効率が良いため、プレーン・フラップは通常、シンプルさが求められる場合にのみ使用されます。

翼型の下面の後部はフラップの前縁から下方にヒンジで取り付けられ、上面は固定されたままです。^[10]これにより、縦方向のトリムが大きく変化し、機首が下または上に傾くことがあります。完全に偏向すると、スプリットフラップはスポイラーのように機能し、抗力係数が大幅に増加します。^[要出典]また、揚力係数もわずかに増加します。これは1920年にオービル・ライトとジェームズ・M・H・ジェイコブスによって発明されましたが、1930年代にようやく一般的になり、その後すぐに置き換えられました。^{[11] [検証に失敗]}ダグラスDC-1（DC-3とC-47の前身）は、多くの航空機タイプの中でスプリットフラップを使用した最初の1つでした。

フラップと翼の間に隙間があることで、翼の下から高圧の空気がフラップ上に押し出され、気流がフラップに付着したままになるため、スプリットフラップに比べて揚力が増大します。^[12]さらに、後縁を離れる空気の速度が、通常のフラップなしの自由流の80%から、スロットフラップの前縁を流れる高速で低圧の空気の速度まで上昇するため、主翼の翼弦全体の揚力が大幅に増大します。^{[13]翼とフラップの間を空気が通過できるフラップはすべてスロットフラップと見なされます。スロットフラップは、}ハンドレページ社での研究の結果生まれたもので、1920年代にさかのぼるスロットの変種ですが、広く使用されるようになったのはずっと後になってからでした。フラップの中には、効果をさらに高めるために複数のスロットを使用するものもあります。

スプリットフラップは後方にスライドし、下方にヒンジで開き、第一翼弦長、次いでキャンバーを増加させます。^[14]フラップはプレーンフラップのように翼の上面の一部を形成する場合もあれば、スプリットフラップのように形成しない場合もありますが、下がる前に必ず後方にスライドする必要があります。ゴウジフラップとの違いは、常にスロット効果が得られることです。

フラップは1924年にハーラン・D・ファウラーによって発明され、1932年にNACAのフレッド・ワイクによってテストされました。1935年にマーティン146プロトタイプで初めて使用され、1937年のロッキード・スーパーエレクトラで量産に入りました。 ^[15]そして、現代の航空機では、多くの場合、複数のスロットを備えて広く使用されています。^[16]

スロット付きのプレーンフラップで、翼の後縁の下に固定され、前縁を中心に回転します。^[17]使用していないときは他のタイプよりも抗力が大きくなりますが、プレーンフラップやスプリットフラップよりも機械的な単純さを保ちながら、追加の揚力を生成するのに効果的です。1920年代後半にユンカースのオットー・マーダーによって発明され、ユンカースJu 52とユンカース Ju 87シュトゥーカで最もよく見られましたが、同じ基本設計はデニー キットフォックスなどの多くの現代の超軽量飛行機にも見られます。このタイプのフラップは、外部翼型フラップと呼ばれることもあります。^[18]

スプリットフラップの一種で、湾曲したトラックに沿って後方にスライドし、後縁を下方に押し下げ、トリムに影響を与えたり追加のメカニズムを必要とせずに弦長とキャンバーを増加させる。^[19]これは1936年にショートブラザーズのためにアーサー・ガウジによって発明され、非常に厚いショーツAD5翼型を使用したショートエンパイアとサンダーランド飛行艇で使用された。ショートブラザーズは、このタイプを使用した唯一の会社であった可能性がある。

下方に落下し（ユンカース フラップになる）、その後後方にスライドして上または下に回転します。フェアリーは、この設計を採用した数少ない企業の 1 つで、フェアリー ファイアフライとフェアリー バラクーダに使用されました。展開位置では、上方に角度を付けることができ（負の入射角）、過度なトリム変更を必要とせずに航空機を垂直に急降下させることができます。^{[引用が必要]}

ザップフラップは、ベルリナー/ジョイスに在籍していたエドワード・F・ザパルカによって発明され、1932年にゼネラル・エアプレーンズ社のアリストクラットでテストされ、その後定期的に他の機種でもテストされたが、ノースロップP-61ブラックウィドウ以外の量産機ではほとんど使用されなかった。フラップの前縁はトラックに取り付けられており、フラップの弦の中央の点はアームを介してトラックの真上にあるピボットに接続されている。フラップの前縁がトラックに沿って後方に移動すると、トラック、シャフト、およびフラップの表面（ピボットに固定）によって形成される三角形が狭く深くなり、フラップが押し下げられる。^[20]

格納時には翼の前縁の一部を形成しないまま、翼の前縁の下から折り畳まれるヒンジ付きフラップ。これにより翼のキャンバーと厚さが増加し、揚力と抗力が増加する。^{[21] [22]}これは前縁ドループフラップとは異なり、前縁全体から形成される。^[23] 1943年にヴェルナー・クルーガーによって発明され、ゲッティンゲンで評価されたクルーガーフラップは、多くの現代の後退翼航空機に搭載されている。

翼弦の 1 ～ 2% の小さな固定垂直タブで、翼の後縁の高圧側に取り付けられています。1971 年にこれを再発見したレーシングカー ドライバーのDan Gurneyにちなんで名付けられ、それ以来、 Sikorsky S-76Bなどの一部のヘリコプターで、大幅な再設計に頼ることなく制御の問題を修正するために使用されています。これにより、基本的な理論上の翼 (三角形と円を重ねたもの) の効率も、従来の翼と同等にまで向上します。この原理は 1930 年代に発見されましたが、めったに使用されず、その後忘れ去られました。スーパーマリン スピットファイアの後期型では、昇降舵の後縁に同様の機能を果たすビードが使用されていました。

翼の前縁全体が下向きに回転し、効果的にキャンバーが増加し、翼弦長もわずかに減少します。^{[24] [25]}他の前縁高揚力装置に適さない非常に薄い翼を持つ戦闘機で最もよく見られます。

境界層制御システムの一種であるブロウンフラップは、エンジンで発生した空気または排気をフラップ上に通して、機械式フラップで達成可能な揚力を超えて揚力を増加させる。タイプには、エンジンからの圧縮空気をフラップ上に吹き付けるオリジナル（内部吹きフラップ）、エンジン排気をフラップの上部と下部に吹き付ける外部吹きフラップ、エンジン排気を翼とフラップの上部に吹き付ける上面吹き付けがある。第二次世界大戦前にイギリスとドイツでテストが行​​われ、^[26]飛行試験が開始されたものの、ブロウンフラップを備えた最初の量産機は1957年のロッキードT2Vシースターまで待たなければならなかった。^[27]上面吹き付けは1976年に ボーイングYC-14で使用された。

フレックスフォイルとも呼ばれる。翼の反りを現代的に解釈したもので、内部の機械アクチュエータが格子を曲げて翼型の形状を変える。固定翼とフレキシブル翼の移行部分にフレキシブルギャップシールが付いている場合もある。^[28]

フラップとエルロンの両方の機能を兼ね備えた航空機の操縦翼面の一種。

2014年現在、 NASAラングレー研究センターの米国陸軍研究所（ARL）の研究者らは、ヘリコプターのローターブレード用のアクティブフラップ設計を開発した。連続後縁フラップ（CTEF）は、飛行中にブレードのキャンバーを変える部品を使用し、機械的なヒンジを排除してシステムの信頼性を向上させる。プロトタイプは風洞試験用に製作された。^[29]

ARLのチームは、2016年1月に個別ブレード制御技術を備えたローターブレードの実弾試験を完了しました。実弾試験では、ブレード制御技術の弾道的脆弱性を調査しました。研究者は、ARLの空軍基地実験施設で、長さ4フィートのCTEFを備えた7フィートのスパン、10インチ弦のローターブレードセクションに、典型的な地上火災の代表的な3発の弾丸を発射しました。^[30]

• 前縁スラットとスロットは翼の前縁上部に取り付けられており、固定式または格納式ですが、展開されるとスラットの下にスロットまたは隙間ができて、翼の上部に空気を押し付けます。これはクルーガーフラップには存在しません。これらは優れた揚力を提供し、低速での操縦性を高めます。前縁スラットにより、翼はより高い迎え角で飛行できるため、離着陸距離が短縮されます。 ^[31]他のタイプのフラップには、効果を高めるために1つ以上のスロットが装備されている場合があり、これは多くの現代の旅客機で一般的な設定です。これらは、上記のようにスロットフラップとして知られています。フレデリック・ハンドレー・ペイジは、20年代と30年代に前後のスロット設計を試しました。
• スポイラーは、翼上の気流を「スポイリング」することで抗力を生み出し、揚力を減らすことを目的としています。スポイラーはガーニー フラップよりもはるかに大きく、格納することができます。スポイラーは通常、翼の上面の翼弦の中間に取り付けられますが、翼の下面に取り付けられる場合もあります。
• エアブレーキは抗力を増加させ、航空機を急速に減速させるために使用されます。翼に取り付けられたエアブレーキは、揚力を変更することを目的とせず、はるかに高速で展開できるように十分に頑丈に作られている点で、フラップやスポイラーとは異なります。
• エルロンはフラップに似ており（同じように機能します）、両方の翼の揚力特性を同時に変更するのではなく、横方向の制御を提供することを目的としているため、差動的に動作します。つまり、片方の翼のエルロンが揚力を増加させると、反対側のエルロンは増加せず、揚力を減少させるように動作することが多いのです。エルロンがフラップと連動して下がるように設計されている場合、通常はフラッペロンと呼ばれ、揚力をスポイラーするエルロン（通常は後縁の前の上面に配置されます）はスポイロンと呼ばれます。

• 
  完全にたわんだ状態のプレーンフラップ。
• 
  第二次世界大戦の爆撃機の分割フラップ
• 
  着陸のために展開されたダブルスロットファウラーフラップ
• 
  ボーイング747のクルーガーフラップとトリプルスロット後縁フラップが着陸のために展開される
• 
  ユンカース製フラップはエルロンとしても機能します。

ウィキメディア・コモンズには、後縁フラップに関連するメディアがあります。

• 空気ブレーキ（航空学）
• 航空機の飛行制御システム
• エルロン
• ボディフラップは、ロケット推進機の非常に高い迎え角での降下用に設計された高抗力の航空表面セットの一種で、特に宇宙船の大気圏突入時に使用される。ボディフラップは、大気圏をほぼ垂直に降下する際に、可能な限り多くの運動エネルギーと位置エネルギーを放出するように設計されています。^{[32] [33] [34]}
• 循環制御翼
• 高揚力装置
• 先端スラット

• Clancy, LJ (1975). 「6」.空気力学. ロンドン: Pitman Publishing Limited. ISBN 978-0-273-01120-0。
• ガンストン、ビル、ケンブリッジ航空宇宙辞典ケンブリッジ、ケンブリッジ大学出版局 2004、ISBN 978-0-521-84140-5 / ISBN 0-521-84140-2  
• ウィンドロウ、マーティン C.、ルネ J. フランシロン。中島キ-43 隼。レザーヘッド、サリー、イギリス: プロファイル パブリケーションズ、1965 年。