飛行機の研究は６年目になる。これまで翼と揚力・抗力、プロペラと推進力などについて研究してきた。今回注目したのは、必要に応じて揚力を大きくする装置「フラップ」だ。フラップがなぜ細かく分かれているのか、フラップの間にすき間ができるのはなぜか、不思議だった。

　フラップのすき間が揚力・抗力に与える影響、具体的には①フラップのすき間を空気が通りやすいように、フラップを流線形にすべきか、②フラップのすき間は大きい方がいいのか、③フラップを下げる角度は大きい方がいいのか、適当な角度があるのか――の３つを柱に調べる。

実験の準備

《羽およびフラップ》

　 発泡スチロールをニクロム線の発熱で切断するカッターを自作し、羽を作った。大きさは長さ、幅ともに22cm、先端部の厚みは４cmで、後方に薄くなる流線形をしている。フラップの長さは羽の長さの1/4（5.5cm）とし、羽を単純に垂直に切断したもの（フラップA）と、斜めに切断して流線形にしたもの（フラップB）を用意した。さらにフラップの羽本体との間隔、角度を変えることのできるフラップ固定器具を作った。

《揚力・抗力測定装置》

　 昨年の研究で自作した。木の角材で組み立てたもので、これに羽を取り付け、扇風機の風を整風装置（風が真っすぐになるように板を格子状に組んだ自作の装置）を通して送る。羽の仰角（風に対する角度）を、木組みの角度を変えることで調節できる。羽の下から張った糸を吸盤で電子てんびんに取り付け、羽が風を受けた時の揚力（浮かび上がろうとする力）を測定する。羽の風による抗力（後方に引かれる力）は、糸を翼の先端から電子てんびんに張って測定する。

《「白い気体」噴出装置》

実験１：フラップの形による違い

《方法》

フラップＡ、Ｂについて羽本体との間隔２cm、角度０°、15°、30°、さらに羽の仰角０°、15°、30°での揚力、抗力を調べる。ドライアイスで気流を観察する。

《結果と考察》

フラップＢの方が、大きな揚力を発生した。Ｂは流線形をしていて、羽の上面の空気が羽からはく離しないように、フラップのすき間に速い空気を流している。Ａによるすき間の空気は、羽上面の気流を乱し、はく離を引き起こした。しかしＢは角度30°、仰角30°の時に揚力はあまり発生しなかった。これは、Ｂも単独で揚力を発生しているが、羽本体とあわせたＢの仰角が60°と大きくなりすぎ、揚力を生じなくなったからではないか。抗力についてはＡ、Ｂに差は出なかった。ともに仰角が大きくなると、抗力も大きくなる。

実験２：フラップの間隔による違い

《方法》

フラップBの羽本体との間隔を０cm（すき間なし）、１cm、２cm、３cm、４cmの５段階に変え、角度０°、15°、30°、さらに羽の仰角０°、15°、30°での揚力、抗力を調べる。ドライアイスで気流を観察する。

《結果と考察》

フラップ間隔が４cmの時、揚力が小さかった。間隔は広すぎない方がよい。フラップの角度と仰角が浅い（小さい）時は、羽上面での気流のはく離を防ぐために、フラップ間隔はある程度広い方がよい。逆に、フラップの角度と仰角が深い時は、フラップ間隔は狭くし、すき間を通る空気の量を制限する必要がある。また、フラップ間隔が大きいほど抗力も大きかった。羽が２枚状態となり、羽の面積が広がったためだ。

実験３：フラップの角度による違い

《方法》

フラップＢの角度を０°、15°、30°、45°、60°と変えて、羽本体との間隔０cm、１cm、羽の仰角０°、15°、30°での揚力、抗力を調べる。ドライアイスで気流を観察する。

《結果と考察》

最も大きな揚力を発生させるフラップ角度は、仰角によって違う。仰角０°・角度45°、60°の時、仰角15°・角度15°～45°の時、仰角30°・角度０°～30°の時がそれぞれ揚力はピークだった。フラップ角度と仰角の関係によって、羽全体の仰角が違ってくるからだ。また、風力によって最も大きな揚力を発生させるフラップ角度があった。仰角30°・風力強の時の揚力は、フラップ角度が０°、15°でピーク、風力中・弱の時は角度０°～30°でピークだった。さらに仰角15°・フラップ間隔１cmの場合、風力強ではフラップ角度15°の時が揚力のピークで、風力中・弱では角度45°の時が揚力のピークだった。気流が速い（風力が強い）時は、フラップ角度が大きいほど、気流のはく離を起こしやすくなるからだ。抗力は、どの仰角、フラップ間隔でも、フラップ角度が大きいほど大きくなった。

実験4：フラップのすき間は、本当に必要か

《方法》

フラップＢ（間隔１cm、角度15°）と、フラップＢのすき間に紙のカバーをかぶせた羽（カバー付きＢ）とで、仰角０°、15°、30°ごとの揚力、抗力の違いを調べる。ドライアイスで気流を観察する。

《結果と考察》

すき間のあるフラップＢの方が、つねにカバー付きＢよりも1.3～1.4倍の揚力を発生させた。抗力は、カバー付きＢの方が大きかった。フラップのすき間は、本当に役割を果たしているのだ。すき間のある羽が大きな揚力を出すのは、羽上面の気流のはく離を防ぐとともに、フラップ自体が１枚の羽として揚力を作っているからだ。さらにすき間には、羽下面の気流を上面に流して、抗力を減らす働きもある。

　今回初めて気流の可視化に成功し、羽に沿って流れる様子も楽しかった。気流は羽によっては、はく離を起こし、抗力も発生させる。飛行機の奥深さを感じることができたし、開発者たちの苦労も少しは分かった。これからも研究を続けたい。