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カウリング じゃま 11/5/11(水) 20:36

メレディス効果 じゃま 13/9/20(金) 18:14

ああじゃま 13/9/20(金) 18:23

Re:メレディス効果 なびえ 13/9/21(土) 18:41

メレディス効果（その２） じゃま 13/9/22(日) 21:11

Re:メレディス効果（その２） なびえ 13/9/23(月) 17:31

キ60とキ61 じゃま 13/9/24(火) 20:58

メレディス効果

じゃま - 13/9/20(金) 18:14 -

> 前面開口部より後部開口部の間の管の内壁は、全部ひっくるめるとななめ前向きになるので、後部開口部からでる空気の方が高温で体積が大きければ、管の内壁が受ける圧力もトータルではななめ前向き、その大きさは温度変化なしより大になるんじゃないでしょうか?

こちらこそ、はじめまして。

300km/hで飛んでいる飛行機があるとして、
ちょっと計算してみました。
・速度　300km/h
・圧力　１気圧（海面高度）
・気温　20℃

このとき、
　空気密度＝1.14kg/m3
です。
　さて、空気がエンジンカウル又は冷却器を通過する際に50℃の温度上昇があると仮定しますと、空気が膨張して
　空気密度＝1.079kg/m3
に変化になります。
すると、空気の体積が増えて、流速が増加するような気がします。
しかし、実際にはそうならないと思うのです。

なぜかというと、エンジンカウル又は冷却器には必ず圧力損失があって、これは通過する空気流速の２乗に比例して増加するからです。
これを勘案すると、実際の空気流速は1.029倍にしかなりません。

「でも、1.029倍は小さいけれど、増えているのだから、そのぶんパワーアップ」と思われるでしょうけど、違うのです。
膨張したぶんだけ、空気の密度は低下しているので、空気の重量流量は小さくなってしまうのです。
今の例では、もともとの94％まで下がります。
エンジンカウル又は冷却器内で空気が加熱されると、空気が通りにくくなってしまうということです。

飛行機の方から見れば、同じ速度で飛んでいるならエンジンカウル又は冷却器内で空気が加熱されるのは、抵抗が増えることになって、パワーアップにはならないです。


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ああ

じゃま - 13/9/20(金) 18:23 -

> > 前面開口部より後部開口部の間の管の内壁は、全部ひっくるめるとななめ前向きになるので、後部開口部からでる空気の方が高温で体積が大きければ、管の内壁が受ける圧力もトータルではななめ前向き、その大きさは温度変化なしより大になるんじゃないでしょうか?
>
> こちらこそ、はじめまして。
>
> 300km/hで飛んでいる飛行機があるとして、
> ちょっと計算してみました。
> ・速度　300km/h
> ・圧力　１気圧（海面高度）
> ・気温　20℃
>
> このとき、
> 　空気密度＝1.14kg/m3
> です。
> 　さて、空気がエンジンカウル又は冷却器を通過する際に50℃の温度上昇があると仮定しますと、空気が膨張して
> 　空気密度＝1.079kg/m3
> に変化になります。
> すると、空気の体積が増えて、流速が増加するような気がします。
> しかし、実際にはそうならないと思うのです。
>
> なぜかというと、エンジンカウル又は冷却器には必ず圧力損失があって、これは通過する空気流速の２乗に比例して増加するからです。
> これを勘案すると、実際の空気流速は1.029倍にしかなりません。
>
> 「でも、1.029倍は小さいけれど、増えているのだから、そのぶんパワーアップ」と思われるでしょうけど、違うのです。
> 膨張したぶんだけ、空気の密度は低下しているので、空気の重量流量は小さくなってしまうのです。
> 今の例では、もともとの94％まで下がります。
> エンジンカウル又は冷却器内で空気が加熱されると、空気が通りにくくなってしまうということです。
>
> 飛行機の方から見れば、同じ速度で飛んでいるならエンジンカウル又は冷却器内で空気が加熱されるのは、抵抗が増えることになって、パワーアップにはならないです。


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Re:メレディス効果

なびえ - 13/9/21(土) 18:41 -

空冷星型が胴体前部にある形態ではおっしゃるとうりエンジンカウル内での加熱は抵抗が増えそうな気がします。

では液冷でP51のようなレイアウト、流路を持たせたときはどうでしょうか?

プロペラの軸はエンジンの上部にあり胴体下部のインテイクはプロペラの中心から離れていて、プロペラ後流の影響のある位置に開口、境界層も排除されていて、
高速全開時のインテイクの対気速度はラムジェットエンジンの始動に必要なマッハ0.5を超えていてラジエーター通過時に発生する抗力に対してけっこう押し込まれそう。

ラジエーターの構造が冷却液を通す一本一本の平たい液路断面が平行ではなく、後方で広がるようにする等して、ラジエーター本体通過時の冷却空気の流路が加温と同時に拡大するくさび状になるようになってたら、冷却空気が温度上昇に伴って膨張してその分空気が通りにくくなってしまうということをさけられそうです。

そして、摩擦損失を無視したらですが、全部ひっくるめるとななめ前向きとなる放熱面の内壁は、冷却空気の流路断面が広がっても膨張によって圧力を維持し、その方向はななめ前向ってことになりそうです。

ところが、おそらくですがラジエータは平行な板状の管で、そうはなってません。
（外形が箱型だから。中は分からないが流路が拡大するようになってたら台形になってないといけない思う）
でもマーリンのP51とスピットファイア、性能差がメレディス効果と言ってる人はネット上等でも結構いるようです。私は英文がよくわからないのでよく分からないのですが・・・・
イスパノHA-1112-M1Lというbf109にマーリン 500/45つけたのもありますがやはり差があるみたいです。

ここで憶測ですが、P51にしろLaGG-3にしろ、開口部からラジエーター本体まで流路が大きく拡大していますが、この区間の内壁はななめ前向きで押し込まれた圧力は斜め前向き
インテイク開口部より後部開口部は断面が大きくても、加熱膨張しているので圧力の低下はない
ラジエーター本体の前面は圧力を受けるが後面も圧力を受け、抜ける間に加熱膨張しているので圧力は低下してない

ということで摩擦損失を無視したらですが、全部ひっくるめるとななめ前向きの圧力を受けるってことにならないでしょうか?

これが圧力損失を上回るかどうかは分かりませんが、ガソリンエンジンの熱効率は2割から3割程度だった思いますが、プロペラ回すより大量に廃棄されてる熱エネルギーを少しでも回収できたら大きいってことはないでしょうか?
ジェットエンジンの燃焼器やフレームホルダーだってそれなりの圧力損失を生じてるってことはありませんか?


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メレディス効果（その２）

じゃま - 13/9/22(日) 21:11 -

レスありがとうございます。

> ラジエーターの構造が冷却液を通す一本一本の平たい液路断面が平行ではなく、後方で広がるようにする等して、ラジエーター本体通過時の冷却空気の流路が加温と同時に拡大するくさび状になるようになってたら、冷却空気が温度上昇に伴って膨張してその分空気が通りにくくなってしまうということをさけられそうです。

流路を拡大させると、流路断面積が大きくなるので、空気の流速がどんどん
おそくなっていきますので、期待するようなジェット効果もなくなってしまいます。
また、流路断面積を拡大させると、「拡大損失」という圧力損失が加わるので、
空気が通りやすくなるともかぎらないです。

> ジェットエンジンの燃焼器やフレームホルダーだってそれなりの圧力損失を生じてるってことはありませんか?

はい、おっしゃるとおり、圧力損失があります。
ジェットエンジンの燃焼器は、全圧損失率が大体10％以下になるように設計します。
ジェットエンジンは、スターターで起動して、空気流量が十分になってきたら、燃料を入れて点火します。
すると空気が加熱されるので、圧力損失がポンと上がります。
そのままでは空気流量が下がるので、圧縮機の回転数を上げたり、入り口案内羽根の角度を変えたりして、もっと空気が流れるように制御していきます。

「メレディス効果」は、圧縮機が無いのでムリだと思います。


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Re:メレディス効果（その２）

なびえ - 13/9/23(月) 17:31 -

マーリンのHA-1112-M1LやスピットファイアとP51の比較だと、米国の性能テストは武装、無線、使わない燃料系統等を外し、しかも登載燃料・潤滑油は必要最低限、エンジンにも若干のチューンを施して行うことが大半(Ans.Q　483)ということもあるそうですし、機体も似通っていて明確になりずらいかもしれないので、キ60と三式戦闘機一型乙を比較してみると、

キ60　DB601A　560km/h(高度4,500m)　全幅：9.78 m　翼面積16.21 m²

キ61三式戦一型乙ハ40 590km/h(高度4,860m) 全幅12.00m 翼面積20m²

となっていて、エンジンはDB601Aとハ40だからたぶんかわらない、形状も似ているし、自重はキ60のほうが軽いので、最高速度はキ60のほうがかなり速そうですが、逆になっています。

違いといえば、キ61のほうは胴体下部の冷却器開口部からラジエーターのまでの間で流路が大きく拡大するような形状になっていて、ことがこのような差につながっているってことはないでしょうか?
といっても冷却器まわりの抗力が低下してるだけかもしれませんが・・・・


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キ60とキ61

じゃま - 13/9/24(火) 20:58 -

> 違いといえば、キ61のほうは胴体下部の冷却器開口部からラジエーターのまでの間で流路が大きく拡大するような形状になっていて、ことがこのような差につながっているってことはないでしょうか?
> といっても冷却器まわりの抗力が低下してるだけかもしれませんが・・・・

流路を拡大させると、空気の速度が下がって、静圧が上がって、ゆっくり空気を冷却器に押しこむことになるので、冷却器での圧力損失が小さくなるのではないでしょうか。
空気の速度エネルギー（動圧）を静圧に変換しているわけですね。

あと、冷却器を半埋めこみ式にして突出部を減らしたのが大きいのではないかと思います。


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