空力考察

現在個人的に興味を惹かれるのが空力や流体力学についてなので素人並みに調べたことをメモっていこうかと思います。

まず空力といって最初に思い浮かべるのはおそらくウイングでしょう。
しかし形状やマウントの仕方、大きさ、角度など様々なモノがありーの、ネットの色んな情報がありーのでよくわかりませんね。僕もよくわかりません。
まずはウイングの基本設計から考えようと思います。

ウイングの効果は大きく分けてダウンフォースの発生と整流の2つです。皆さんご存知ですね。
じゃあどうやってダウンフォースを生むのよ、と整流して何があんのよってとこに疑問がいきますね。今回はダウンフォースを題材に...

ウイングがダウンフォースを発生させる原理は
①風を板にぶち当てて車体を押し付けたろ！！
②風を流速の違う上下2段に分けて圧力差をつけましょう
の2つに分けられます。

①は今ではあまり人気のない平らな板っパネですね。実はこちらの方が単純なダウンフォース量で考えると大きいようです。板を立てていけば風の当たる量も増えますしね。
しかし、風を面に当てるという性質上角度をつけるとドラッグ(抵抗)が増え最高速が落ちます。ストレートの速さも重視される状況では逆に足手まといになってしまいます。
今となっては実に単純かつ頭の悪そうなやり方ですが出てきた当時はおそらく革新的だったでしょうね。






②こちらは上面が平たく、下面にRがついてモッコリしてる形状ですね。




これによって「同着の原理」(板によって裂かれた空気の塊は板の終端で同時に交わる)を以って長さの違う上下面で板長の長い下面の流速が速くなり、短い上面の流速は遅くなる。
ベルヌーイの定理によって流速の速い側の圧力は低下していくのでウイング下面に負圧が生じウイングは地面側へ押し付けられていく。

と、今までの流体力学ではこうだったそうですが、近年航空機の翼での実験で「同着の原理」自体が否定され、ベルヌーイの定理だけでは揚力の発生の説明がつかなくなったそうです。(実際には曲面側の方の流速は他面よりも更に速く、同着はしないそうです。流速差は出るのですね)
航空機を模し、翼断面形状をとっているGTウイングも例外ではないですね。

では実際はどうやってダウンフォースを生んでいるのか。
デビッドアンダーソンさんという方がコアンダ効果(流体中に物体を置くと流体はその物体に沿って流れる性質)を使って説明していましたが、これも後に否定され今では「流線曲率の定理」で決着がついたようです。

「流線曲率の定理」というのはかいつまみまくると、流体の動きが曲げられた時、大きく角度のついている所は、角度の小さい所に比べて圧力が低いということのようです。詳しいことは聞かないでください。


この圧力差によって飛行機では揚力、ウイングではダウンフォースを生んでいるようです。
この流速や流線角度と圧力の関係はウイングだけではなく実に色々な所に応用されているので学んでいけば更に理解が深まりそうですね。実に流体力学を学びたい人生でした。

と、ウイングの原理を自分なりにメモったつもりなのでもうだいぶ満足しました。疲れました。
次回はあるか分かりませんが、もしあればウイングの形状とか考えてみたいですね。