飛行機

飛行機（ひこうき、英: airplane, aeroplane, plane）とは、空中を飛行する機械である航空機のうち、ジェットエンジンの噴射もしくはプロペラの回転から推力を得て加速前進し、かつ、その前進移動と固定翼によって得る揚力で滑空および浮上するものを言う。
形状が固定翼機に似ていても、動力を持たず、牽引されないと滑空しかできない航空機はグライダーと呼ばれる。
第二次世界大戦期のロケット飛行機は、ジェット機が主流となったため、現代においては一部の特殊な用途や研究・構想に限られる。

飛行機という名称

日本語の「飛行機」という表現は、森鴎外が「小倉日記」1901年（明治34年）3月1日条に記したのが初出だとされる。

飛行機の飛行の原理

簡単に言えば飛行機は、ジェットエンジンやプロペラ等を用いて前進することで、その翼に対して「対気速度」を得て、それにより自身の重量より大きな揚力を得ることで上昇する。水平飛行の時は飛行機の重さと揚力が釣り合っている場合である。
飛行機を支える揚力というのは、空気の流れの（あるいは風の）力の一種である。
静止した物体にある速さの風が当たる場合と、ある物体が同じ速さで反対方向に進む場合では、風の力の生じ方は変わらない。例えば静止した空気の中をジェット機が250m/sという速さで飛べば、250m/sという、ものすごい速さで風が前方から機体に当たってきている。風の力というのは風速の2乗に比例しており、台風の風速50-60m/sの風ですら家屋を破壊するような巨大な力を持っていることを思えば、ジェット機に働く風の力の大きさを想像できるようになる。翼の揚力は、同じ迎え角であると、速度の2乗に比例して増加する、また同一の速度であると、迎え角が大きくなるほど揚力は増加する。飛行機は、ある高さを保って水平飛行を続ける時は、揚力が重力とつりあい、かつ、推進装置の推力と飛行機全体に働く抗力がつりあうようにしなければならない。よって（水平に飛ぶ時は）、高速で飛ぶ時は迎え角を小さくし、低速で飛ぶ時は迎え角を大きくして、揚力と重力がつりあうように調整して飛んでいる。
なお、上記の説明だけだと、「翼の迎え角をどんどん大きくしてゆくと速度を落としても水平飛行可能」ということになってしまうが、実際には迎え角がある限界に達した段階で失速という現象が起きる。よって飛行機には安全に飛行できる最小速度というものがあり、それを「最小速度」や「失速速度」と呼んでいる。それは例えば、ジェット輸送機だと一般に200-250km/h程度になる。つまりこの場合、（かつての）新幹線の最高速度程度以上の速度は出さないと安全に飛べないのである。

操縦装置（補助翼、昇降舵、方向舵）

飛行機の操縦装置は、機体の3軸まわりの姿勢（ピッチング、ヨーイング、ローリング）を変化させるための主操縦翼面である補助翼・昇降舵・方向舵を操作する主操縦装置と、エンジンおよびスロットルの操作や、フラップ、エアーブレーキ、タブ、スポイラ、スラットといった補助操縦翼面を操作する副操縦装置とに分けられている。後者はそれらを操作した場合の表示装置が必要である。
また、操縦装置の種類は人力操縦装置、動力操縦装置、ブースター操縦装置、フライ・バイ・ワイヤ操縦装置に大別される。人力操縦装置は小・中型機で使用されており、操縦席と操縦翼面の間を索（ケーブル）、滑車、またはロッド、レバー等を利用したリンク機構で繋ぎ、操縦翼面を人力だけで操作するものであり、工作や整備が容易で、信頼性が高い長所がある。これには、索と滑車を利用する索操縦系統、プッシュ・プル・ロッドを利用するプッシュ・プル・ロッド操縦系統、トーション・チューブと呼ばれるチューブを利用するトーション・チューブ操縦系統がある。索操縦系統は軽量で遊びがなく、方向転換が自由で安価である。一方で摩擦や摩耗、スペースが必要であること、予め張力が必要で伸びが大きいことが短所である。また索は操縦席と操縦翼面との間で2本使われ、往復式で使用される、これは､1本の場合だと飛行中での急激な姿勢変化により、重力加速度が索に掛かることで索がたるみ、操縦翼面が勝手に動いてしまうためである。プッシュ・プル・ロッド操縦系統は、摩耗が少なく伸びがない。一方で重く遊びがあり、高価である短所がある。主に運搬で主翼などを外す必要があり、組立の際に調整を簡単にすることができるグライダーで使用されている。トーション・チューブ操縦系統は、レバー型式とギア型式とに分かれる。前者は主翼後部に取付けられたフラップを操作するフラップ系統に使用されている。後者は摩擦力が小さいのが特徴で、方向転換の大きい箇所で使用されている。
動力操縦装置は、大きな操縦力が必要な大型機や超音速または亜音速域で飛行する飛行機で使用されている。操縦席と操縦翼面の間に設けたリンク機構を介して飛行機の主油圧系統から供給される高圧油圧により作動する油圧サーボ・アクチュエータを作動させることにより、操縦翼面を作動させるものである。ブースター操縦装置は、動力操縦装置の一種であり、操縦席と操縦翼面の間は、人力操縦装置と同じリンク機構を介して直接操作するが、操縦者の操舵力に比例した力を高圧油圧とサーボ・バルブにより倍力して、油圧アクチュエータによりその力を操縦翼面に加えるものである。フライ・バイ・ワイヤ操縦装置とは、機械的なリンクに代え電線が操作量を伝達するものであり、操縦装置への入力が発信器で電気信号に変換され、その電気信号が、加速度と傾きを検知するセンサーとコンピュータを組み込んだ飛行制御コンピュータを介して、油圧サーボ・アクチュエータに伝達されて操縦翼面を作動させるものである。

補助翼

補助翼は主翼の左右、後ろ側の縁に、ヒンジによって付けられている。補助翼というのは、一方を上げると他方が下がる仕組みになっている。例えば、右側を下げるとそれと連動して左側が上がり、左側を下げるとそれと連動して右側が上がる。例えば左側の補助翼を下げ、右側の補助翼を上げると、左側の翼の揚力が増し、右側の翼の揚力が減るので、機体を右に傾ける向きのモーメントが働く。このモーメントによって、機体を右に傾けることも可能であるし、左に傾き過ぎていた機体を水平に戻すことも可能となる。また、大型のジェット機の場合には、主翼の外側に低速域用の補助翼と内側にあるフラップの間に全速度域用の補助翼の2つの補助翼を装備しており、低速での飛行の際には2つの補助翼が作動し、高速での飛行の際には外側の低速域用の補助翼はロックされ、内側の全速度域用の補助翼だけが作動する。両者とも、補助翼の作動と同時に傾ける側の主翼の上部に装備されたフライト・スポイラーを作動させて機体を傾かせる。また、補助翼は機体を旋回させる際には必ず使用され、旋回する前に補助翼により機体を傾かせてから方向舵を作動させて旋回する。

尾翼

上下方向に装備されるものを垂直尾翼、左右に伸びるものを水平尾翼と呼んでいる。垂直尾翼は、胴体に固定された部分を垂直安定板、その後ろの可動部分を方向舵（あるいはラダー）と呼ぶ。水平尾翼は同様に水平安定板と昇降舵（エレベーター）からなるのが一般的で、後者は主翼からの洗流（英語：「down・wash」）を考慮して、胴体への取付角度を水平よりやや上向きとしている。尾翼は一般に、モーメントを確保するために主翼から十分に離れた位置に置かれる。多くは胴体後端に設置されるが、胴体前部に設置した先尾翼機（エンテ型飛行機）もある。尾翼の構造は主翼に準じるが、主翼に比べ強度上の問題も小さく簡素である。尾翼（両方もしくは水平尾翼のみ）の無い飛行機は無尾翼機と呼ばれる。また、固定の水平安定板を持たず水平尾翼面全体が可動のフライング・テールと呼ばれる方式もある。この場合、水平尾翼はスタビレーター（スタビライザー + エレベーター）と呼ばれる。この方式は第一次世界大戦から現在まで、運動性を要求される戦闘機に採用されることが多い。一方、翼面全体が動翼となり効率が高いため、小さく軽い尾翼で済むという利点から小型機にも多く採用されている。亜音速から遷音速域を飛行するジェット旅客機で動力操縦装置を装備している機体には、トリム・タブが使用できないのと、昇降舵の舵の角度を大きく取ると、舵面の先端から衝撃波が発生して、操舵力が急に増加したり、舵の効きが低下するため、水平安定板の取付角度を飛行中に変化させて、昇降舵の操舵量を小さくする方式が採用されており調整式安定板と呼ばれている。この場合は、水平安定板は長期的なピッチ姿勢の安定（トリム）、水平尾翼は短期的なコントロールに使用する。

機体への搭載

機体へのエンジンの搭載方法としては、ピストン・エンジンを単発機に搭載する場合では、機体胴体の最先端に防火壁を介して取付けられたエンジン・マウント（発動機架）にボルトやナット、振動吸収ゴム・クッションまたはパッドを介して取付けられる。多発機の場合では、主翼に外板、カウリング、構造部材、防火壁、エンジン・マウントで構成されたセミモノコック構造のナセルを設けて、そこにエンジンを取付けている。ジェット・エンジンの場合には、主翼下または機体胴体後部にパイロンを設けて、防火壁とエンジン・マウントを介してエンジン・ポットと結合され、並列に配置するものが多い。ジェット戦闘機に代表される速度と運動性を重視する機体では、機体に対して大きなエンジンは空気抵抗低減と質量 (mass) 集中のため、単発、多発とも、エンジンは胴体内に置かれる。
単発機に搭載されたピストン・エンジンの場合には、その周囲に取り外しが可能なカウリングに覆われている。大型のレシプロ・エンジンまたはターボプロップ・エンジンを搭載する場合には、防火壁が付いたカウル・パネルで覆われているものがあり、ヒンジによりカウル・パネルを開くことが可能である。また、空冷のピストン・エンジンを搭載している場合では、カウリングまたはカウル・パネルに、エンジンを冷却をするためのカウル・フラップを装備しており、飛行中に作動させると、前面からカウル・フラップを抜ける空気の流れができることでエンジンを冷却する。ジェット･エンジンのカウル・パネルは、エンジン本体外側に流れる空気を滑らかに流すとともに、エンジン自体を損傷から守るために取付けられており、先端にあるノーズ・カウル、上面または下面にヒンジが取付けられ取り外しが可能なカウル・パネル、固定されたカウル・パネルで構成されている。

降着装置

現在ほとんどの機種は前輪式と呼ばれる「脚柱（ストラット）+ 車輪（ホイール）」からなる脚が3個所に付いている形態を採用している。胴体前部にノーズギア（前脚）と呼ばれる小ぶりの脚があり、重心より少し後方の左右に一対の主脚が配置されている。主輪は機体重量の90%を支持している上に、着陸時にはさらに大きな負荷がかかるため、軽量且つ堅牢な構造と緩衝サスペンションが求められる。現在では、小型機を除く多くの飛行機は、空気抵抗を軽減するために、飛行中に降着装置を折り畳んで機体胴体やナセル、主翼内部に格納する「引き込み脚」を備えており、着陸装置を格納する部分はホイール・ウェルと呼ばれている。また、フロートを有した水上機や水陸両用機、積雪地用にスキーを装備するものもある。
着陸滑走時に使用するブレーキは油圧作動のディスクブレーキである。小型機の場合ディスクは1枚が多いが、大型機では複数のディスクを使用するセグメンテッド・ロータ方式が多い。アンチスキッド機能を有するものも多い。また車輪のタイヤは大型機では一本の脚に四輪や八輪のタイヤを装着している機体もある。多くのタイヤを並べて接地時のショックの分散を図り衝撃に耐えさせている。さらに不測のパンクにも備えるためである。いずれにしても過酷な条件で使用されるため寿命が短く、各機種ごとに着陸回数に応じてタイヤ交換やゴムの巻き代え時間が定められている。

飛行機の運用を支える施設・人員

ほとんどの固定翼機は離陸や着陸にある程度の長さを持つ滑走路が必要である。垂直離着陸機、回転翼機も整備や燃料補給が欠かせないため、飛行機はこれらを支える施設を持つ飛行場（民間空港や空軍基地）を拠点とする。飛行機の組み立て工場も、完成後にそのまま飛行できるよう飛行場に隣接しているか、滑走路を備えていることが多い。
軽量の軍用機などは野外の不整地で離着陸した例もある（第二次世界大戦中のグラン・サッソ襲撃など）。水上機や飛行艇は海面、湖面での離着陸が可能である。また航空母艦は、艦載機（艦上機）を運用できる。
飛行機の操縦士はパイロット、点検・修理を行う技術者を航空整備士と呼ぶ。

飛行機の歴史

1903年12月17日に米国でライト兄弟がライトフライヤー号による有人飛行を行い、1906年10月22日にはヨーロッパでサントス・デュモンが「14－bis号」で飛行を行った。この時代、骨組は木製、翼は布張りが一般的であった。

飛行機の種類

「飛行機の種類」と言っても、分類するための単なるグループ分け、といった程度のものである。ここでは既存の入門書などに倣って、用途と大きさに着目した分類、さらに外観に注目した分類を示す。付記として代表的な機体を一部例示する。
操縦資格はエンジンの種類（レシプロかタービン）、エンジンの数（単発か多発）、運用場所（陸上のみか水上）の8等級で分類されている。

翼の数

複葉機・単葉機・三葉機・多葉機・タンデム翼機

翼の位置

単葉機における分類。詳細は単葉機を参照。
低翼、中翼、高翼（貨物の出し入れが容易なため輸送機に多い）、パラソル翼（飛行艇に多い）

主翼の形

平面形での分類＝矩形・後退・前進・三角・可変・楕円・オージー。

エンジンの数

単発の場合通常ジェット機は胴体内、レシプロでは機体の最前部もしくは最後部に取り付けられる。双発以上の場合ほとんど位置は主翼か胴体後方である。現在軽飛行機や一部の作戦用・訓練用軍用機以外は故障のリスクを考えエンジンは双発以上である。
単発機・双発機・三発機・四発機・多発機。

推進方式

プロペラ機における分類。
推進式・牽引式・プッシュプル方式

降着装置

前輪式・尾輪式・尾橇式・タンデム式・フロート・艇体（飛行艇）・ソリ

スピードによる分類

音速を基準として亜音速、遷音速（マッハ0.75～1.25）、超音速（マッハ1.25以上）に分類。

離着陸方法による分類

垂直離着陸機、短距離離陸垂直着陸機、垂直/短距離離着陸機、短距離離着陸機、通常離着陸機、CATOBAR機や短距離離陸拘束着艦機（航空母艦でカタパルトやアレスティング・ワイヤー、アレスティング・フックを使用）、空中発進機、橇着陸機