抗力
流体に働く力
数学的表現 編集
抗力は物体の相似比の2乗︵あるいは投影面積︶に比例する。また、レイノルズ数が小さいときは速度に、大きいときは流体の密度と流速の2乗に比例し[1]、後述する抗力係数 CDを用いて以下のような数式モデルで表されるのが一般的である。このモデルは係数が異なるだけで揚力と同形式である。
ここで
●D は、発生する抗力
●ρ は流体の密度︵海面高度の大気中なら、気温15℃で 1.2250 kg/m3︶
●V は物体と流体の相対速度
●S は物体の代表面積
と代表面積 Sで無次元化したもので、流れに対する物体の形状︵迎え角︶・流体の粘性・流れの速さ︵レイノルズ数︶、マッハ数によって変化する。
飛行機等の翼︵よく︶の場合、
●流れが音速より十分遅いときは、抗力係数は、およそ迎え角の2乗に比例する。
●迎え角が失速角以上になると、抗力係数は急激に増加する。
いくつかの単純な形状に対する抗力係数を次の表に示す[2]。球体に対する抗力係数については終端速度を参照のこと。
抗力係数 編集
抗力係数 CDは、抗力を動圧物体形状 | 抗力係数 | レイノルズ数 |
---|---|---|
円柱 | 1.2 | 103 - 105 |
角柱 | 2.0 | > 104 |
半円筒(凹) | 2.3 | > 104 |
半円筒(凸) | 1.2 | > 104 |
楕円柱(長径:短径 = 2 : 1) | 0.6 | 104 - 105 |
半球(凹) | 1.33 | > 104 |
半球(凸) | 0.34 | > 104 |
円錐(頂角60°) | 0.51 | > 104 |
円錐(頂角30°) | 0.34 | > 104 |
抗力の成分 編集
抗力︵ないし抗力係数︶を以下のような成分に分けて考えることがある。誘導抗力については、主翼において翼端のある三次元翼ないしは翼を含む構造物︵固定翼機、回転翼機など︶、あるいはリフティングボディのように、揚力を発生する物体について考える。
物理的要因による分類 編集
誘導抗力︵lift-induced drag、induced drag、drag due to lift︶![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d8/Induced_Drag.png/300px-Induced_Drag.png)
力の向きによる分類 編集
摩擦抗力 物体表面に沿った力に起因する抗力。粘性抵抗とも呼ばれる。せん断力による形状抗力に等しい。半径画像 編集
鳥の初列風切には翼端に発生する翼端渦を抑えて誘導抗力を減らすことで翼への抗力を減少させる効果がある
細長い翼をもつグライダー。アスペクト比は20程度
世界記録を持つ人力飛行機、MIT Daedalus(ダイダロス)。アスペクト比は約38
脚注 編集
(一)^ 望月修; 市川誠司﹃生物から学ぶ流体力学﹄養賢堂、2010年、63頁。ISBN 978-4-8425-0474-2。
(二)^ 牛山泉﹃風車工学入門﹄︵2版︶森北出版、2013年、50頁。ISBN 978-4-627-94652-1。
(三)^
東昭﹃流体力学﹄朝倉書店、1993年、pp. 103-104頁。ISBN 4-254-23623-9。
(四)^
Anderson, Jr., John D. (2001). Fundamentals of Aerodynamics, 3rd International ed.. New York: McGraw-Hill. pp. pp. 354-355. ISBN 0-07-118146-6