ラジコン飛行機コミュの乱流翼

これは新しいトピックにふさわしいですね。
以下、https://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%B9%B1%E6%B5%81%E7%BF%BC からのコピーです。

概要

一般的なジェット機よりも飛行速度が遅い軽飛行機やグライダー、模型飛行機の飛行においては、翼面の境界層を故意に乱流化したほうが空気の流れの剥離が遅れ[3]、揚力の増加、抗力の減少、失速に至る迎角度の増大、最大離陸重量の増加など翼型性能が向上し、飛行が安定する場合がある[1][2][4]。

これは、乱流化された境界層（乱流境界層）では流体の渦運動によって、大きい速度をもった流体とより壁面近くの運動量の小さい流体が混ざり、活発に運動量交換が行われ、壁面近傍の流体へ運動量が供給され続けるので層流境界層よりも剥離しにくくなるためである[1][2]。

そのため、軽飛行機、グライダーの設計や模型飛行機の制作においては翼面の粗面化、翼面に突起（タービュレーター、ボルテックスジェネレーター）をつけるなど、乱流化（乱流遷移）を促進する加工が行われることがある[2]。このような翼を乱流翼と呼び、ジェット機よりもはるかに低いレイノルズ数下（概ね10,000から100,000の範囲）で飛行するフリーフライト滞空競技などの模型飛行機では多く利用されている。レイノルズ数が高いほど最大揚力係数は大きく、抗力係数は小さい[5]。

コメント(27)

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[1] mixiユーザー 09月11日 20:50

もうちょっと続きをコピーします｡

歴史

乱流境界層は層流境界層よりも流れが剥がれにくいことは、表面にディンプルが彫りこまれたゴルフボールが描く軌道などによって経験的に知られていた。1930年代にはフリーフライト模型機の翼に、ディンプルのような凹凸や、針金などによる突起をつけて、剥離を遅らそうとする発想があった。

1938年、アメリカ合衆国においてNACA4字番号翼型の設計者であるイーストマン・N・ジェーコブスが付近の模型クラブの依頼を受け、参加モデラーが持参した模型翼の煙風洞実験を行った。当時、翼前半上面に3～4本の細い桁を入れた多桁構造翼が多く作られていた。持ち寄られた沢山の模型翼のうち、工作が下手なため桁がリブより1ミリメートル以上も飛び出し、翼の上面が凸凹になっている多桁翼があったが、予想に反してこれが最も失速角が大きかった。これに倣い、故意に翼の上にバルサ棒を突出させた模型機が流行した。これが模型乱流翼の始まりである。

第二次世界大戦中のドイツにおいては、F・W・シュミッツの模型飛行機用の翼型、特に乱流翼の組織的な研究が行われた[6]。日本では1955年頃、『航空ファン』誌に橘清三がこれを紹介し、当時のモデラーがその資料を基に、乱流翼を使った機体を競技に登場させた。

[2] mixiユーザー 09月11日 20:51

「NACA4字番号翼型の設計者であるイーストマン・N・ジェーコブスが付近の模型クラブの依頼を受け、参加モデラーが持参した模型翼の煙風洞実験を行った。」
そして
「工作が下手なため桁がリブより1ミリメートル以上も飛び出し、翼の上面が凸凹になっている多桁翼があったが、予想に反してこれが最も失速角が大きかった。これに倣い、故意に翼の上にバルサ棒を突出させた模型機が流行した。これが模型乱流翼の始まりである。」
というところが、本当に面白いですね。

[4] mixiユーザー 09月16日 14:29

　この乱流翼で検索していくと、必ず出てくるパーツに「ボーテックス・ジェネレーター」と云うものがありますね。
　この突起で乱流を起こすようで、その形もいろいろあるようです。

　航空機ではありませんが、モータースポーツ特にＦ－１などでは空力が重要なようで、このパーツが出てきます。
　私は見たことがありませんが、カーショップなどでも売っているようです。
　効果のほどは分かりませんが。

　只今デコパネで小型のグライダーを製作していますので、主翼にいろいろと付けてみたいと思って思います。

　なかなか効果は確認しにくいと思われますが。

[5] mixiユーザー 09月16日 18:44

>>[4]

　乱流を取り入れた方が効果的という話はあちこちありますね。Ｆ１のように専用のボディーを持つ場合は設計の自由度からそこまで必須でもないと思いますが、市販車ベースの場合乗員スペースなど空力だけ理想的には出来ないので、その手の空力的付加物で抵抗を減らしたり揚力を減らす工夫は見られます。
　ボルテックスジェネレーターが最近使われた市販車は三菱のランサーエボリューション（確か９あたり）で、これはルーフ後端に取り付けて気流の剥離を防いでいます。現在でもラリーカーなどで採用例があったような。また、気流が剥離すると風切り音が多く発生する事から、自動車のミラー周辺で乱流を上手く使って抵抗と騒音を減少させている例があります（たしかレクサス）
　　あと、私は見た事ないのですが、グライダーの場合、主翼の上に線を張って乱流を起こす物があるそうですね。張り出し乱流線と呼ぶんだったか。また、直接は乱流を目的とした物ではありませんが、後退翼の翼端失速を防ぐための境界層板やドッグトゥースも結果的に乱流を境界剥離の防止に部分的に使っていると言えるかと思います。

模型関係の翼形について大変詳しく書かれているサイトも貼っておきます。
　http://www.aero.or.jp/web-koku-to-bunka/2010.09.15omura.htm

[6] mixiユーザー 09月17日 08:24

>>[5]
　歴史的な背景も分かる、貴重な情報をありがとうございます。
　乱流の応用は、意外と昔から考えられていたのですね。

　人間が頭の中で考えた理論より、自然の中で起こる現象が現実ですから、
　実機と共有できる理論もあれば、模型独自の空力の探求も必要になってくるのでしょうね。

　模型飛行機作りが、またおもしろくなりそうです。

[9] mixiユーザー 09月18日 13:15

>>[8]
綺麗な水上機ですね。
こんな写真を見つけてきました。
http://iconaircraft.com/a5/safety/

[10] mixiユーザー 09月18日 13:19

>>[8]
「Icon-A5」の失速特性につていの素晴らしい説明のビデオがありました !!

[11] mixiユーザー 09月18日 13:30

もう一つ。

ICON Aircraft - A5 Spin Resistance Safety Milestone Demonstration
失速にいかに強いかのデモビデオのようですね。

[12] mixiユーザー 09月18日 13:57

>>[10]

　いやー、素晴らしいビデオですね。内容や見せ方がどこか購入者を意識している感じがして、「きっと軽飛行機が普通に購入される国柄なんだろうな」と思うとうらやましくなります。最初、なぜこの機体が失速特性改善の対象に？と思ったのですが、小型水上機でプッシャー機にしたいけれど、プロペラ後流が無く、翼も出来るだけ短く短距離で離着陸したいとなると、失速特性の改善は重要なんでしょうね。川なんかへのアプローチだと低速でターンしなければならないでしょうし。ただ私は軽飛行機に詳しくないのですが、フラップの類はこのぐらいの航空機は付けない物なんですかね？ビデオ全部見たら付いているのが見えるかも知れませんが、乱流翼による失速対策以前に、まず可変空力デバイスが幅を利かせているような気がします。グライダーなどのように速度があまり変わらない物ならベストポジションを決めればそれでいいんでしょうし、車のように少しでも効果が得られればいいや程度の付加物もありますが、この技術をメインにすると通常飛行時に抵抗になったりどっちつかずになってしまいそうな感じもうけます。

[13] mixiユーザー 09月18日 15:26

>>[12]
[11]の動画のこのあたりのシーンに見えるのは、フラップではありませんか?

[14] mixiユーザー 09月18日 15:28

{10]のこの辺りのシーンでも見えますね。

[16] mixiユーザー 09月18日 19:25

>>[12]
ちょっと気になったので「ボルテックスジェネレーター　副作用」で検索してみました。
こんなことを書かれているページがみつかりました。
Uコンをやっている人のようですが・・・

"機体はウクライナスタンター、なにを考えたのか、発作的にボルテックスジェネレーターを装着
（確かに流行っているからね）
理由はともあれ、何事も新しいことにチャレンジする姿勢は、人一倍ですからね。
（大切なことです）
で、結果は・・・・
１）角モノの引き起こしが楽になった。
２）連続宙返りでオーバーステアになってしまった。
本人の言葉、そのものです。"

"ボルテックスジェネレーターは、
「境界層の外側の気流を翼表面に導くことで、境界層の気流の運動エネルギーを補い、剥離しにくくする。」
という原理原則があります。
これは、何を意味するのか？
ですが、結局、機体の揚力を増大させることも確かですが、抵抗も大きくなる、ことも確かです。
揚抗比はどうなのか？ですが、これはなんともいえません。
FFの経験では、揚抗比が上がる場合、下がる場合、どちらもおこっています。
ここまで考えてくると、宙返りが小さくなる、のは、実は、「抵抗が大きくなったから」と理解すると納得できるようになりました。
宙返りの最中の仰角の範囲で、全体的に抵抗が大きくなっていると、どのように飛行するのか？
と考えた場合、演技中に、より減速しやすい傾向が出てくる、よって、２回目、３回目と宙返りが小さくなりやすい、
という結論に達しました。"

出典: http://blogs.yahoo.co.jp/jpn33f134043/26632829.html

[17] mixiユーザー 09月18日 19:29

同じキーワードで検索したら、こんな面白いページもヒットしました。
これはお医者さんのようですね。
尿道にボルテックスジェネレーターのようなポリープができるというお話（笑）。

"さて、長々と一見支離滅裂に説明しましたが、私が言いたいのは、炎症性ポリープも後部尿道炎の所見もすべて尿道内の尿ジェット流による乱流が引き起こした生体の生理的適応現象ではないかということです。下部閉塞性尿路障害である機能性膀胱頚部硬化症や神経因性膀胱では膀胱内尿道口の開きが不十分で、尿道内や前立腺部尿道に強いジェット流が流れます。すると尿道内壁近傍に乱流が生じます。乱流は尿道内壁を吸引し尿道内腔径を狭めます。また乱流の吸引刺激は尿道粘膜の部分的な成長を促し、その結果、「ウィングレット・ボルテックスジェネレーター・風切羽」のような形状の炎症性ポリープが形成され、結果として乱流を抑える整流装置になると考えると、下部閉塞性尿路障害の中で発見される炎症性ポリープの存在価値が理解できます。つまり炎症性ポリープ・後部尿道炎を見たらジェット流を伴う閉塞性排尿障害と疑うのです。
しかし、尿道内のジェット流による乱流の発生を直接的に証明することは難しいでしょう。経直腸的カラードップラーエコー検査で排尿させると、映像として確認できるかもしれません。興味がある方は研究してみて下さい。"

出典: http://hinyoukika.cocolog-nifty.com/cp/2005/06/post_6928.html

[18] mixiユーザー 09月19日 00:53

>>[13]

　わざわざ画面キャプしていただきありがとうございます。視聴途中で書いたのですが、ちゃんとフラップありますね。今残りを見たのですが、具体的な失速対策を個々に述べるというより、結果的にストールに強い点とパイロットに視覚的に危険を知らせてる点が印象的でした。まあ、危険な機動を制限するならフライバイワイヤーならプログラムで制限かければいいんじゃないかなーとか思いますが、この手の機体はそういう装置ではないんでしょうね。でもアシストは掛けてるだろうから、そこを切るとか・・・Ｃ１５０がきりもみで落ちていくシーンは結構怖いですね。高度を充分取ってはいるんでしょうけど。第二次大戦中の戦闘機パイロットの訓練時の話だったと思いますが、ひねりこみを練習してると、きりもみになって、自分はそれが普通だと思っていたが周辺ははらはらして見ていたなんて話を思い出します。

　　あんまり飛行機詳しくないので車のケースの余談ですが、車の場合別に浮かせたい訳ではないのですが、抵抗だけ考えたら本当は翼断面にすればいいとは思います。ソーラーカーやエコランなんかは浮くほどスピード出さないし実用も考えないでいいので翼断面に近いですけど、以前ドイツのアウディが翼型断面に近いスポーツカーを作ったら高速で浮き上がってしまい事故が多発してデザイン変更を与儀なくされました。それでも一部のスポーツカーがボルテックスジェネレーターを使っているのは以下の理由が考えられます。

　１：アップスイープで底面からの気流と上手く合流させて吸い上げ能力を上げる事でグランドイフェクトを発揮させてダウンフォースを確保する

　２：ダウンフォースを発揮するウィングを別途付けて、そこに効果的に風を当てる

　３：上の効果が得られる上でドラッグを減少させて抵抗を減らす

　あと、ディンプルによる空気抵抗の減少も真面目にテストしている動画があって面白かったです。車のボディーにクレイを貼り付けて、その状態での燃費とディンプルを作り削ったクレイを積んで重量を同じにした状態で燃費比較をしてました。

　
　　

[19] mixiユーザー 09月21日 08:09

>>[18]

このセスナのような形のきりもみなら、回復は難しくないと思いますよ。
僕もグラダーに乗っていた若い頃に何回か練習したことがあります。

[20] mixiユーザー 09月21日 08:10

スピン(きりもみ)の話ですが、こういうのを読むと楽しくなりますね。　

http://www2m.biglobe.ne.jp/~ynabe/mach/spin.htm

[21] mixiユーザー 09月21日 08:22

[19]の続きです。
セスナが簡単にスピンに入ることはないのではないかと思って、ちょっと調べてみました。
失速させても、(そのまま機種を下げてスピードが付くのを待てば) 勝手に回復すると書かれていますね。セスナをスピンに入れるためには、完全失速の直前にラダーを蹴る必要があるという説明、これは僕がグライダーでやっていたことと同じです。

"　スピンは主翼の失速前後にヨー運動を伴うことにより、ヨー旋転内側の翼の失速が進んで生ずる。安定のよいセスナ機でスピンに入れようとするには、巡航のパワーより低出力にして、ただしラダーにプロペラ後流が当たらなければヨー運動が弱くなるのでアイドルにはしない。機首角θを水平線から45度ほど上げる。そのまま失速させてしまったら機首が下がり飛行機がかってにリカバリの運動をしてしまうのでスピンに入らない。
　だからその失速のわずか前にエレベータの操舵限界まで操縦桿を一気に引きつけ同時にラダーをこれもストッパーまで蹴り込む。

　機体はラダーを踏み込んだ側にヨー旋転を始める。そのヨー運動は旋転内側の主翼に当たる対気速度を減じ、失速させる。このため失速した側の翼を落とし込み、同時に操縦桿は腹まで引きつけているのにもかかわらず機首を下げて錐揉み降下飛行となる。これがスピンだ。パワーが残ったままだと旋転速度が速くなるし、機首がパワーで下がらなければフラットスピンに入るかも知れない。だからスピンに入ったと同時に普通はアイドルパワーとする。

　スピンからの回復は全ての操縦装置から手を離せばだいたい回復する。が、パイロットとしてはスピンからの回復の操舵の体得が必要だし、無操縦だと高度の低下が激しいので操縦により回復してみよう。

　腹まで引いた操縦桿を緩め、踏み込んでいるラダーと反対方向へ一杯踏み込むのだ。がくんと旋転が止まりマイナス数十度の直線降下飛行となる。あとは速度と垂直加速度を超過させないように桿を引いて水平飛行に戻せばよい。

　回復操舵としての反対方向へのラダーの踏み込み。この操舵は反対側へのスピンの引き金になる機体もある。だから実際のスピンリカバリ操舵はその機首のマニアルに準拠してほしい。"

出典: http://www.d2.dion.ne.jp/~saintex/GliderWeb/saintex_glider009/saintex_glider009.htm

[22] mixiユーザー 09月26日 06:33

OK模型さんから、タービュラーテープというのが発売になっているのを見つけました。

http://www.okmodel.co.jp/
この商品は、大きく乱流が起きて空気の剥離を起こす前に、このテープで小さな渦巻き状の乱流を作り、空気の剥離を最小限に抑えるものです。
写真のようにギザギザに加工された片面粘着性の透明テープで、舵の効きの改善や、空気抵抗の軽減に威力を発揮します。
(写真で白く見えるのは裏紙があるためです)
主要諸元
・長さ　　5m　
・幅　　　8mm　
・厚さ　　0.5mm

[23] mixiユーザー 09月26日 17:57

使い方の写真を FB で見つけました。

[24] mixiユーザー 09月26日 20:08

>>[22]
　ほー、こんなパーツが実際に発売されているのですね。
　使用例の画像を見ると、グライダーらしき機体の垂直尾翼につけているようですが、どんな効果があるのかな？
　やはりグライダーなどの滑空機に使うパーツでしょうか。

[25] mixiユーザー 09月26日 20:38

>>[24]
今東京でやっているホビーショーに合わせて発売になった新製品です。
この使用例はグライダーですね。
おそらくこれでしょう。
http://www.okmodel.co.jp/catalog/airplane/Mace2/index.html
ある程度の高速飛行も可能な機体だと思います。

このタービュラーテープがグライダー専用ということはないと思いますが、効果については、[22]にもコピーしておきましたが、以下のように書かれています。

この商品は、大きく乱流が起きて空気の剥離を起こす前に、このテープで小さな渦巻き状の乱流を作り、空気の剥離を最小限に抑えます。
舵の効きの改善や、空気抵抗の軽減に威力を発揮するアイテムです。

[26] mixiユーザー 09月26日 20:40

さっき動画間違えました。
あれはメイスで、メイス2はこれですね。

[27] mixiユーザー 09月28日 22:15

>>[24]

OK模型さんに直接聞いて見ました。
こんな御返事でした。
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8mm巾0.5mmの厚さですので高速での効果はあまりないですね。後縁の厚い翼や尾翼中低速域での舵の効きが良くなる傾向があります。
フリーフライトの機体では、わざと左右の主翼に違う長さを貼って旋回性能を変えることもあります。上昇中は高速なので影響なくまっすぐ上がり、滑空に入ると貼った方が抵抗が減って前に出るようになります。

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