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飛行船と潜水艦の上下運動には共通の原理がありますか

空中と水中の違いはあっても何か共通の原理があるのでしょうか。飛行機のプロペラと船のスクリュウーが似ていることはわかるのですが、表題のことでも何か共通な原理があるのでしょうか。

投稿日時 - 2008-08-10 07:10:09

QNo.4240728

暇なときに回答ください

質問者が選んだベストアンサー

>何か共通の原理があるのでしょうか。
あります。

両者共、「周りの媒体の密度と同じ密度にすることによって、相対的に停止と言う状態を保つことができる。そしてその周りの媒体の慣性質量を使って、相対的な運動が可能。」です。
飛行機のプロペラと船のスクリュウーは、同じ原理です。
圧縮性流体である「空気」と、非圧縮性流体である「水」の違いだけであって、それぞれの環境で最も効率の良い形が、飛行機や飛行船であればプロペラであり、船や潜水艦であればスクリューなのです。
(船でもプロペラと言います。)

両者共、周りの媒体(空気や水)と同じ密度にするだけで、上昇や下降(浮上や潜行)は基本的に「舵」で行なえます。
密度に変化を与えるために使われるのが、「バラスト」と呼ばれています。
周りの媒体と比重の違う流体の「体積」だけを変化させることで、「継続した運動」をします。
たとえば潜水艦は、海水と同じ密度になると当然海水中に停止します。そしてバラストタンクと呼ばれるタンクに、ポンプで海水を押し込むとどんどん沈んで行き、途中でバラストタンクに押し込まれた海水をまた船外に排水して同じ密度にしてやると、相対的に停止します。
舵とバラスト両方を使うことで、急速な運動が行なえるわけです。
飛行船の種類にもよりますが、基本的には潜水艦と同じ原理で、船の前と後ろにタンクを持っており、密度の違うガスの体積を変化させて。前のめりになったり、仰け反ったり、水平に上昇したり下降したりします。当然舵も使います。

飛行機が飛ぶ原理と言われると、よくベルヌーイの定理を使って説明される方がおられますが、あれは仮定の下で成り立っているに過ぎず、未だにその現象の証明が成されていない状態なので、私は一種の「都市伝説」だと考えています。
現に、非圧縮性流体の水の中でも舵を動かせば力が働きます。

「飛行船」と「潜水艦」に限り、動作原理はすべて同じだと言えます。
ただ、空気と水と言う密度も粘度も違うものを媒体としているので、「原理を応用」している推進装置などには、理論的な違いは出てきます。

投稿日時 - 2008-08-10 11:29:11

お礼

飛行船と潜水艦に限り。動作原理はすべて同じということをうかがい今後の勉強を進めていきたいと思います。御懇切なご教示ありがとうございました。

投稿日時 - 2008-08-10 15:23:52

ANo.7

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回答(7)

ANo.6

「飛行<船>」と「潜水<艇>」なら基本原理が「浮力」に基づくところが共通です。成層圏気球船を作ったオーギュスト・ピカールは、その原理を応用して深海潜水艇バチスカーフを設計した人でもあります。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AA%E3%83%BC%E3%82%AE%E3%83%A5%E3%82%B9%E3%83%88%E3%83%BB%E3%83%94%E3%82%AB%E3%83%BC%E3%83%AB
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%90%E3%83%81%E3%82%B9%E3%82%AB%E3%83%BC%E3%83%95

「飛行<機>」と「潜水<艦>」だと、三次元方向に操縦するための舵が共通しているのではないでしょうか。潜水艦の浮き沈みはバラストで浮力調整もしますが、潜舵というものがあって、飛行機のフラップのように船首を上下させて、推進力で沈んだり、浮かんだりもするようです。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%BD%9C%E6%B0%B4%E8%89%A6#.E8.88.AA.E6.B3.95.E8.A3.85.E7.BD.AE

投稿日時 - 2008-08-10 09:51:14

お礼

ピカールの業績は興味深いと思いました。勉強させていただきます。御教示にお礼申し上げます。

投稿日時 - 2008-08-10 15:20:38

ANo.5

飛行機と潜水艦とでは共通性は少ないですが、飛行船と潜水艦なら似ているところは増えると思います。どちらも浮力がありますから。

潜水艦はタンクに水を出し入れすることで浮力を調整できます。飛行船の場合、ガスの量を変えることは難しい(一度放出してしまうと飛行中に補給は感嘆にはできない)のですが、前後のバランスを変えるくらいのことはできますね。前を軽くして上に向けて上昇するとか・・・。
飛行船は浮力調整よりも舵などで上昇下降している、といえますが、潜水艦も細かな浮力調整よりも舵による上昇下降が多いようですから、その意味では飛行船の飛行と似ているかもしれませんね。
共通点はありますね。

投稿日時 - 2008-08-10 09:29:12

お礼

飛行船と潜水艦には似ているところがあるということですね。ご教示ありがとうございました。

投稿日時 - 2008-08-10 15:18:24

ANo.4

 表題が「飛行船」で本文中が「飛行機」だけど、どっち? 

投稿日時 - 2008-08-10 09:23:30

補足

曖昧な書き方をいたしました。表題が主な質問です。

投稿日時 - 2008-08-10 15:15:27

ANo.3

どちらも流体から受ける浮力によって浮いています
「アルキメデスの原理」ですな(∩∩)
飛行船は気球に推進機関をつけて自由に移動できるようにしただけです
推進機関が無くても墜落することはありません
船体内の気嚢にヘリウムを入れたり出したりして高度を変えます

潜水艦も飛行船と同じです
バラストタンクに海水を入れたり出したりして航行深度を変えるのです

水と大気の違いはあっても浮く原理、高さを変える方法、移動する方法はまったく同じです

針路を変更する方法も同じです
飛行船以外の航空機は機体を傾けることで揚力の方向を変えて針路を変更します
そのためには舵ではなくエルロンを使用しますが潜水艦と飛行船は舵で針路を変更します

投稿日時 - 2008-08-10 09:22:56

お礼

原理的には同じと考えてよいということですね。もう少し勉強してみたいと思います。ご教示ありがとうございました。

投稿日時 - 2008-08-10 15:14:54

有るっちゃあ有るし、無いっちゃあ無い。
航空機は基本的に前進していて空気との相対速度がある場合にのみ、空中に存在できます。
速度が0の場合は空中に留まることが出来ません。
翼が空気の流れを受けて浮こうとする力と、機体重量が引力を受けて落ちようとする力の釣り合いがとれたときに、その高度に留まることが出来ます。

潜水艦は艦内の重量と空気の量(浮力タンクに入る空気や海水の量)を調節することによってその深度を調節します。
潜水艦の速度が0でも浮いたり沈んだりすることが出来ます。

ですから、ここには全く共通性は出てきません。

ただし、潜水艦に前進速度が付いていて、海水との相対速度が有る場合には、潜水艦には潜舵・縦舵・横舵という羽根が付いていてその角度を調節することにより船体の前後傾きを動かすことが出来ます。
その傾きを利用して素早く浮上と沈降を行うことが出来ますが、翼は補助でしか有りません。

航空機が上下動する場合は、速度を調節する方法
速度が速ければ、より、浮こうとする。速度を落とせば下がろうと(落ちようと)する。
スポイラーを調節する方法
翼の膨らみ具合を変えることにより揚力を変化させる。
それぞれの方法があります。
垂直尾翼のラダー、水平尾翼のエレベーターは機体を横に向けたり上下に向けることは出来ますが、上昇下降にはそれだけでは動けません。

航空機と潜水艦ではにている部分もありますが、基本的には原理が違うと言うところです。

ちなみに、ヘリコプターの場合は、ローターが航空機の主翼・尾翼とエンジンの二つの動作を受け持ちます。
ローターが回転することにより、ローターの羽根1枚1枚が主翼と同じように空気に対して相対速度を生み出すようになっています。

投稿日時 - 2008-08-10 08:44:01

お礼

大変勉強になりました。ご丁寧なご説明に感謝いたします。

投稿日時 - 2008-08-10 15:11:51

ANo.1

ないですね・・・。
飛行機はベルヌーイの法則でしたっけ?翼の上下の気圧の差で上向きの浮力が生まれるとされてます(実はこれだけじゃ説明がつかず完全に解明されていない)。
潜水艦は単純に浮力の問題。艦内に水を取り込んだり排出したりして自重を操作し、重ければ沈み軽ければ浮きます。

ちなみにプロペラとスクリューは「横方向の運動(推進力)」に関係するもので、表題の上下運動には(ほとんど)関係ありません。

投稿日時 - 2008-08-10 08:05:15

お礼

さっそくご教示ありがとうございました。勉強したいと思います。

投稿日時 - 2008-08-10 15:10:03

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