航空機のフラップの仕組み: 簡単なガイド

毎日何千万人もの人が空を飛んでいますが、翼を広げて窓側の席から外を眺めたことのある人の多くは、飛行のさまざまな段階でフラップが何をするのか知らずに伸びたり縮んだりするのを見たことがあるかもしれません。しかし、フラップとは正確には何でしょうか?なぜそれが今日のすべての航空機に不可欠な部品なのでしょうか?

フラップとは何ですか?

フラップは翼上の二次的な制御面であり、航空機の特性を変化させることで航空機の空力に影響を与えます。これらは航空機の離陸と着陸を助ける上で重要な役割を果たします。

写真: グローバルガイ |シャッターストック

前縁フラップと後縁フラップという 2 つの主なカテゴリがあり、それぞれに異なるタイプのフラップがあります。フラップは翼の付け根に向かってエルロンと胴体の間に取り付けられます。これらはコックピットのレバーによって制御され、複数の設定があります。各設定は異なるフラップ角度に対応します。

フラップは通常、大型の民間航空機では油圧で作動しますが、小型の航空機では電気モーターによって作動します。

離陸にフラップを使用すると、最小限の抗力で揚力を増加させることができます。これにより、航空機は低速で飛行できるようになり、その結果、使用する滑走路が少なくなります。フラップは着陸時の揚力と抗力を大幅に増加させ、航空機が進入段階で失速することなくゆっくりと飛行できるようにします。アプローチが遅いと、接地時の速度が遅くなり、着陸距離が短くなります。

揚力方程式と翼の性質。

フラップがどのように機能するかを理解するには、まず次のことを行う必要があります。揚力方程式を理解する、つまり:

リフト = (CL✖V²✖p✖ス）➗2

• CL– は揚力係数であり、翼の形状と迎え角の影響を受けます。
• V²– は速度の 2 乗です。
• p– は空気密度です。
• S– は翼の表面積です。

次に、次のことを行う必要があります。翼の特性を理解する- 迎え角、キャンバー、弦。

コード

翼弦線は、翼の前縁から後縁まで直線を引くことによって測定されます。フラップを展開すると翼弦も変化します。

迎え角

迎え角 (AOA) は、相対風 (航空機の存在の影響を受けない風) と弦線との間の角度です。迎え角が大きいほど、揚力係数も高くなります。

すべての翼には臨界角 AOA (他の要因に関係なく、その後に翼が失速する角度) があります。

キャンバー

キャンバーは、翼の上端と下端の間、前縁から後縁までの等しい距離の線で表されます。翼の曲率を表します。

フラップはどのように機能しますか?

フラップを伸ばすと翼の形状が変化し、それによりキャンバーと翼弦が変化し、揚力係数が増加します。これにより、翼は特定の AOA に対して同じ量の揚力を生み出すことができます。ただし、翼の揚力と曲率が高くなるほど、揚力による抗力と寄生抵抗の両方の増加も大きくなります。

フラップの角度が大きいほど、より多くの揚力と抗力が発生します。離陸中、航空機のフラップは 5 ～ 15 度の範囲で変化し、抗力はわずかに増加しますが、揚力は増加します。着陸時のフラップの範囲は、フラップのタイプに応じて 20 ～ 40 度です。

フラップが展開すると、特定のピッチ姿勢に対して航空機の揚力が増加し、抗力が増加します。これにより、航空機はより低い速度とより低い AOA で空中に留まることができます。

これにより、航空機は進入時に減速できるため、より制御しやすくなり、着陸がより安全になります。さらに、パイロットはフラップを上げた場合と同じレベルの揚力を維持するためにあまりピッチアップする必要がないため、滑走路の視界が良くなります。

フラップの種類

前述したように、フラップには前縁フラップと後縁フラップの 2 つのカテゴリがあります。これらはさまざまなタイプです:

写真：NiD.29 |コモンズ ウィキメディア

前縁フラップ

前縁フラップには主にクルーガー フラップとドループ フラップの 2 つがあります。

クルーガーフラップ

前縁フラップはクルーガーフラップです。これらは翼内に「格納」されるヒンジ付きの表面です。フラップは翼の前縁でヒンジで留められており、外側に伸びています。新しいリーディングエッジにより、翼の翼弦とキャンバーが増加します。

ドループフラップ

多くの人は、ドループ フラップとクルーガー フラップを同じものだと考えています。ただし、垂下フラップは展開時に下向きに回転します。これらのフラップは、エアバス A380.

後縁フラップ

複数のタイプの後縁フラップが存在し、それぞれ複雑さのレベルが異なりますが、すべて同じ目的を果たします。これらは、後縁フラップの主要かつ最も一般的なタイプです。

プレーンフラップ

最も単純なタイプのフラップである翼の後部はヒンジで固定されており、展開すると下に下がります。揚力の増加が最小限に抑えられます。

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スプリットフラップ

主翼後部の下面にはフラップが組み込まれています。展開すると、気流中に落下します。翼の上面は変化しないため、単純なフラップと比較してより多くの揚力を生成できます。

スロット付きフラップ

スロット付きフラップは普通のフラップに似ていますが、翼と可動フラップ部分の間にスロットを作成します。このスロットにより、翼の底部からの空気がスロットを通って流れることができ、翼の上の空気にエネルギーを与えるのに役立ちます。

写真: ウィキメディア・コモンズ |アンドリュー・フライ

ファウラーフラップ

ファウラーフラップは外側と下に伸びて、翼の形状とその表面積を変化させます。表面積が増えると揚力の発生が劇的に増加するため、これらのフラップは今日の航空分野で非常に人気があります。

スロット付きファウラーフラップ

ファウラー フラップとスロット付きフラップを組み合わせると、両方のフラップの利点が組み合わされます。大型の航空機では、複数のスロットにより空気の流れが増加します。これらはダブルスロットのファウラーフラップです。