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レイノルズ数、レイノルズの相似則について質問です。

sem********さん

2013/3/1209:38:04

レイノルズ数、レイノルズの相似則について質問です。

学校の講義で、風洞試験をするときはレイノルズ数を合わせることが基本だと習いました。
これは、たとえば飛行機の翼の性能を風洞試験するとき、流速と代表長さ(を動粘度で割ったもの)の値を実験値と実際の値で一致させるということでいいのでしょうか。
たとえば、実際の飛行機が流速100m/s、翼の代表長さ1mで飛んでいると仮定し、実験に使用する模型が1/10スケールで代表長さが0.1mなら、風洞の流速は1000m/sでなければならない、と。

しかしこうなってくると、実機と実験模型ではマッハ数が異なってくることになり、風洞試験で得たデータは信用性のないものになってしまうのではないでしょうか(特にこの場合だと風洞試験での流速は超音速を超えているため、衝撃波などの影響が無視できないのでは)。

風洞試験においては、どのように実機との整合性をとっているのでしょうか。

補足ある程度の流速を確保できればいいというのは層流なら層流、乱流なら乱流のレイノルズ数を確保できればいいということでしょうか。
また超音速風洞実験に興味があるのですが、超音速だとどのような点で話が違ってくるのでしょうか。この場合マッハ数を合わせることになると思うのですが、レイノルズ数の違いによって実機と実験機で粘性の影響が大きく出てしまうのでしょうか。

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guu********さん

2013/3/1810:09:05

>たとえば、実際の飛行機が流速100m/s、翼の代表長さ1mで飛んでいると仮定し、実験に使用する模型が1/10スケールで代表長さが0.1mなら、風洞の流速は1000m/sでなければならない、と。

現実問題、無理です。

風洞試験で、レイノズル数の違いが出るのは、ALPHAやBETAを大きくした時に違いが大きく出ます。
試験結果は、無次元化された係数で出すので、CLmax等が大きく違ってきます。
これは、レイノズル数の違いから来る物で、低Reでは層流になりやすい。高Reでは乱流になりやすい。
この特徴の違いから起こっています。

対処方法でよく使われるのが「ラフネス」と言う強制乱流突起物です。
胴体や翼前縁にラフネスを貼り付けて、乱流を作り出して試験をします。
JAXAのSST形状のレポートがあったので参考にして下さい。
http://airex.tksc.jaxa.jp/dr/prc/japan/contents/AA0045943000/naltr0...

次に、風洞の付帯設備や機能として、レイノズル数を変更する手段があります。
空気の比重は、圧力に比例、温度に反比例する特徴があります。
空気を理想気体としてボイルシャルルの法則を使い比重を変える。
この様な機能を持った風洞を高レイノズル風洞と言います。
日本では、防衛省の三音速風洞やJAXAの遷音速風洞がそれに当たりますが、完全な高レイノズル風洞はまだありません。
海外では、ETW(European Transonic Windtunnel)が有名です。
この風洞は、空気を液体窒素で冷却して、高レイノズル環境を作り出しています。
JAXAの構想レポートに詳しく書かれているので参考にして下さい。
http://www.apg.jaxa.jp/publication/pamphlets/pdf/2006exh.pdf

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ベストアンサー以外の回答

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tum********さん

2013/3/1212:39:50

レイノルズ数が層流域ならレイノルズ相似は重要になってくるのだが、乱流域の場合には抗力係数や揚力係数の値はあまり変わらなくなるから、ある程度の流速を確保できればいいということになる。実機が超音速になるなら別だけどね。

レイノルズ数が層流域ならレイノルズ相似は重要になってくるのだが、乱流域の場合には抗力係数や揚力係数の値はあまり変わ...

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