航空工学
航空工学(こうくうこうがく、aeronautical engineering)とは、航空機の設計・製造・運用・整備等に関する工学である。優れた航空機を研究開発することを目的とする。
航空工学とは航空機に関する工学的な研究を指すものであり、流体力学・材料/構造力学・熱力学・制御工学などを基礎とする学問である。発展の歴史や扱う対象の類似から、宇宙工学とまとめて航空宇宙工学と呼ばれることも多い。
航空機は大気中を航行する能力を持つ交通手段であり、物資や人員を迅速に輸送することが可能である。航空機にはまず飛行する能力が求められるが、これには飛行するレイノルズ数 (Re) やマッハ数に応じた空気力学理論に基づく工学的設計指針が必要となる。空気力学は流体力学の一分野であり、空気の流れによって翼や胴体にはたらく力を扱う。人や物資を輸送するスケール(Re = 106程度以上)の航空機には一般に定常ないし準定常の空気力学が適用される。ベルヌーイの定理に示されるように非粘性の定常流れにおいて流速の大きなところでは負圧が生じることが分かっているが、現実の航空機でも翼に適当な迎え角を与えて表面(境界層)から少し離れた上面の流れを加速させ、発生する負圧により揚力を得て飛行している[要出典](負圧を表面全体について積分して得られる空気力ベクトルのうち、飛行方向と平行な成分を抗力、垂直な成分を揚力と呼んでいる)。したがって、水平定常飛行中の航空機では、下向きの重力と上向きの揚力、前向きの推力と後向きの抗力とがそれぞれ釣り合っていることになる。
また航空気象も航空機の飛行に大きな影響を与えることが分かっている。大気はその性質が地域、気候、局地的な天候により変化するため、国際標準大気が定められている。1万1000メートルより上空を成層圏、それより低空を対流圏と定めて成層圏の気温はマイナス56.5度で安定しており、酸素濃度や大気圧も高空になればなるほど低下していく。航空において雲や天候、突風は飛行の障害となりうる要素であり、また有視界距離は飛行方式を左右する重大な条件である。
さまざまな制約の下で安全性、推進力、揚力、制御性などを確保した航空機は設計されなければならない。航空機は固定翼機と回転翼機に分類されるが、固定翼機は基本的に胴体、その胴体の両側に位置する主翼、胴体の後部に置かれる尾翼、推進機関のエンジン、降着装置、その他のシステムから構成されており、主翼の補助翼、尾翼には縦向きの方向舵と横向きの昇降舵が取り付けられている。エンジンにより推力を作り、流体中において主翼により主な揚力を生み出している。尾翼の方向舵は左右に動くことにより機首を左右に振り、昇降舵は上下に動くことにより機首を上下させる機能がある。(wikipedia参照)
航空工学とは航空機に関する工学的な研究を指すものであり、流体力学・材料/構造力学・熱力学・制御工学などを基礎とする学問である。発展の歴史や扱う対象の類似から、宇宙工学とまとめて航空宇宙工学と呼ばれることも多い。
航空機は大気中を航行する能力を持つ交通手段であり、物資や人員を迅速に輸送することが可能である。航空機にはまず飛行する能力が求められるが、これには飛行するレイノルズ数 (Re) やマッハ数に応じた空気力学理論に基づく工学的設計指針が必要となる。空気力学は流体力学の一分野であり、空気の流れによって翼や胴体にはたらく力を扱う。人や物資を輸送するスケール(Re = 106程度以上)の航空機には一般に定常ないし準定常の空気力学が適用される。ベルヌーイの定理に示されるように非粘性の定常流れにおいて流速の大きなところでは負圧が生じることが分かっているが、現実の航空機でも翼に適当な迎え角を与えて表面(境界層)から少し離れた上面の流れを加速させ、発生する負圧により揚力を得て飛行している[要出典](負圧を表面全体について積分して得られる空気力ベクトルのうち、飛行方向と平行な成分を抗力、垂直な成分を揚力と呼んでいる)。したがって、水平定常飛行中の航空機では、下向きの重力と上向きの揚力、前向きの推力と後向きの抗力とがそれぞれ釣り合っていることになる。
また航空気象も航空機の飛行に大きな影響を与えることが分かっている。大気はその性質が地域、気候、局地的な天候により変化するため、国際標準大気が定められている。1万1000メートルより上空を成層圏、それより低空を対流圏と定めて成層圏の気温はマイナス56.5度で安定しており、酸素濃度や大気圧も高空になればなるほど低下していく。航空において雲や天候、突風は飛行の障害となりうる要素であり、また有視界距離は飛行方式を左右する重大な条件である。
さまざまな制約の下で安全性、推進力、揚力、制御性などを確保した航空機は設計されなければならない。航空機は固定翼機と回転翼機に分類されるが、固定翼機は基本的に胴体、その胴体の両側に位置する主翼、胴体の後部に置かれる尾翼、推進機関のエンジン、降着装置、その他のシステムから構成されており、主翼の補助翼、尾翼には縦向きの方向舵と横向きの昇降舵が取り付けられている。エンジンにより推力を作り、流体中において主翼により主な揚力を生み出している。尾翼の方向舵は左右に動くことにより機首を左右に振り、昇降舵は上下に動くことにより機首を上下させる機能がある。(wikipedia参照)