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1866 素人質問ですみません。よく、飛行機が飛ぶメカニズムの説明で、翼の上面と下面で、空気の流速が上の方が早いから上面の気圧が下がり・・・、という説明がありますが、これは翼により分断された同じ空気が翼の後縁?で再びであうためですよね?だから上面の方の空気は翼面が湾曲してるぶんだけ早く進まなければならなくなる。でも、なぜ同じ空気が再び出会うのでしょうか?もし上面も下面も空気の流速が同じならば、下面の空気は翼の上下に別れるポイント(翼の前縁)の少し先の上面の空気とであうことになりますが、なぜこのようにはならないのでしょうか?分かりにくい説明ですみません。
Eaglecat

  1. テキストで説明する自信があまり無いのですが……。
    そのまま引用すると恥を掻きますのでご注意。
    概念的説明をします。


    もし仮に、上下とも同じ速度で流れると、後縁に下側の空気が到達したときには
    上はまだ後縁に到達していないことになります。

    「自然は真空を嫌う」の原則に従い、下側の空気は後縁を廻りこんで
    上に流れようとします(実際、流れます)

    しかし翼断面を見れば判るとおり後縁は尖っているので抵抗が大きく、
    廻りこむ空気は渦を生じます。
    結果、低圧領域がここに生じます。
    よって、この低圧領域に流れこもうとして上面の空気は速度を上げ、
    圧力が低下します。

    ですから、後縁が「尖って」いない翼断面では揚力が発生しません。
    より厳密に言うと、
    「後縁で出発渦(発進渦)の発生しない断面形状では揚力が発生しない」


    たかつかさ

  2. ありがとうございます。端的でとても分かりやすい説明です。納得しました。ありがとうございました。
    Eaglecat

  3. どなたかが指摘されるのを待っていたのですが、動きがないようなので書いてしまいます。 簡略化のため、やはり翼断面についてのお話です。

    結論からいって、揚力を発生している翼において、流れを翼の上下に分ける点(よどみ点、と呼びます、このよどみ点は、翼断面上の特定の点ではなく、迎え角の変化に伴い移動します)から上下に分かたれた流れは、上側が下側に対し速い速度で移動し、より早く後縁に到達します。 よく言われるように翼で上下に分かたれた同じ空気が、翼の後縁部で再び出会うわけではありません。

    では何故、翼の上下で流速の差が生ずるのか。 たかつかささまに倣い、クッタ/ジューコフスキー流に言えば、

    1. 翼断面の尖った後縁の先では、流れの不連続線(面)が出来、圧力の高い下面から上面に巻き上げるような渦が生ずる

    2. 翼の後方に形成されるこの渦(出発渦)の反作用として、翼断面内部に中心を持つ反対向きの渦(束縛渦)が生じる。

    翼上面ではこの束縛渦の速度成分が相対流の速度に加算され、翼下面では逆に相対流の速度から減殺することになるため、翼の上、下面での流速の差異が生じることとなります。

    流速と圧力の関係について、所謂ベルヌーイの定理については、運動エネルギーと位置エネルギーに置き換え、エネルギー保存則の応用と考えれば理解が易しいと思います。
    尚蛇足となりますが、前出のよどみ点は後縁部の先端にも生じます。後縁部のよどみ点での圧力は、その高度での静圧とほぼ等しくなるのではないでしょうか。
    ・・・・・かえってややこしくなっちゃったかな?(苦笑)
    みなと

  4. うーん、難しいですねえ。束縛渦についてですが、翼断面に中心を持つということは、翼上面から翼後縁を回り込んで翼下面に向けて吹き込むと理解してよろしいのでしょうか?
    Eaglecat

  5. >4.観念的には、翼周囲に観察できる流れは、一様な流れに、翼上面から翼後縁を回り込んで翼下面に向けて吹き込むような循環流を合成したような流れである、と言えると思いますが、注意していただきたい点は、束縛渦が誘導された結果、翼断面の周囲の流れの速度成分が加減される、ということであって、ある時点において翼上面に在った空気そのものが翼後縁を周り込み、適当な時間を経過した後には翼下面の十分前方に到達している、というわけではないことです。

    みなと

  6. ありがとうございました。理解できました。なんかとてもうれしいです。
    Eaglecat


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