地面効果
地面効果(じめんこうか、英: ground effect〈グラウンド・エフェクト〉)とは、翼形状を持つ物体が地面付近を移動する際、翼と地面の間の空気流の変化に影響を受ける現象である。 水面上の場合は水面効果、総じて表面効果 (surface effect) とも呼ばれる。
地面効果はおもに2つの分野で言及される。
航空機が地表や水面近くを飛行する場合、翼が受ける揚力(上向きの力)が大きくなる現象。本項にて説明する。
自動車のボディー下面を適切な形状にすると負圧が発生し、ダウンフォース(下向きの力)が得られる現象。グラウンド・エフェクト・カーおよびディフューザー_(自動車)を参照。
荒れている地面や水面は、超低空飛行や車高等、短い一定距離を維持するのが難しい為、地面効果を利用するのに適さない。
飛行中、翼の横では下面の正圧域から上面の負圧域へと空気が回り込もうとして、翼端を中心とする渦流(翼端渦)が発生している。翼端渦の影響で翼周りの気流が吹き下ろし(ダウンウォッシュ)の方向に傾くと有効迎え角が減少し、副次的に誘導抗力が発生する。
翼が地面に接近した状態では、翼端渦の動きが地面に遮られ、翼上面まで回り込みにくくなる。吹き下ろし角が減少する結果、誘導抗力係数が減少する。同様の理由により機体が同じピッチ角の場合は揚力係数が増加する。換言すれば、地上付近で揚力が発生している翼が飛行している状態は、地面を対称線とした翼の鏡像が存在している状態と等価で、地面との干渉は逆向きの2つの翼の相互作用として解釈することができる。身近な例では、両の手を合わせ力を入れることで感覚的に認識することができる。左右の手は互いに対称であるため、片手で平らな壁を押したときと同様の感覚を得る。
その他の現象としては、ピッチダウン(機首下げ)傾向の増加が挙げられる。これは、地面との干渉によって翼後流に現れる吹き下ろし量が小さくなり、水平尾翼の相対迎え角が小さくなって、ピッチアップ・モーメントが不足するためである。
通常は主翼の翼幅の半分よりも高度が低くなると地面効果が現れ、翼幅の1/4の高度で誘導抗力が20~30%減少し、1/10の高度で約50%減少する。