ウィングレットの仕組み

ウィングレットは飛行機の見た目をかっこよくする以外にどんな効果があるのだろう？性能を向上させ、航続距離を伸ばし、燃料消費量を減らすことが知られているが、それはなぜか？

ウィングレットは、翼端に発生する渦の気流を利用することで抵抗に対抗する。NASAのエンジニア、リチャード・ウィットコムが1970年代にこの技術のパイオニアとなり、ほとんどすべての最新ジェット機に装備されるようになった。

では、どのように機能するのか？

まず、翼端渦がどのように形成され、なぜ抗力を生み出すのかを理解する必要がある。そして、ウィングレットがどのように揚力によって抵抗に対抗するのかを理解する。

翼端渦：空気を回転させ抗力を加える
翼端渦とは？翼端にできる空気の渦巻きトンネルです。翼の下部の高圧の空気は翼端の周りに逃げ、翼上部の低圧のエリアに向かって上昇します。この動きが空気の渦やトンネルを作り、翼の後方で内側に回転する。

翼の上部と下部の気圧差が最も大きくなるとき、つまり誘導揚力が最も大きくなるときに最も強くなる。これは迎角が高いときに起こります。

離着陸時は低速なので迎角が高く、強い翼端渦が発生する。

ジェット機のように高高度を巡航しているときは、空気が薄い。そのため、高速で移動しているにもかかわらず、水平を保つのに十分な揚力を発生させるには、高い迎え角が必要になる。翼端渦はここでも強くなる。

翼端渦はなぜ抗力を発生させるのか？
翼端渦はなぜ抗力を発生させるのでしょうか？翼端渦は翼の揚力を後方に傾け、揚力の一部を抗力に変えます。

翼は相対風に対して垂直に揚力を発生させる。もし翼端渦がなければ、揚力はほぼ真上を向く。

しかし、翼端渦は翼端付近でカーブし、翼の上を流れる空気を下方に押しやる。そのため、相対風は下向きになり、揚力ベクトルは後方に傾く。

これは2つの問題を引き起こす。第一に、揚力の一部が後方に向き、抗力が増す。そして2つ目は、重量に対抗する揚力が上方に向いていないことだ。つまり、水平飛行を維持するためには、迎角を大きくし、より多くの揚力を発生させる必要がある。そして、より多くの揚力を発生させることは、より多くの誘導抗力を発生させることを意味する。この余分に必要な迎え角のことを誘導迎え角と呼ぶ。

ウィングレットはどのように役立つのか？

ウィングレットは前方に揚力を発生させる翼
ウィングレットは実際、揚力を発生させる小さな翼です。そして、他の翼と同じように、相対風に対して垂直に揚力を発生させる。もし翼端渦がなければ、ウィングレットは内側に揚力を発生させることになり、あまり役に立たない。

しかし、翼端渦は翼端での相対風の方向を変える。渦は主翼の上を移動するため、胴体に向かって流れる風の成分を加え、相対風を内側に曲げる。これで、ウイングレットから揚力ベクトルを描くと、揚力ベクトルは少し前方を向きます。