レイノルズ数の影響度 | やまめ工房の日記2010+α

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以前の風洞試験のデータからレイノルズ数に注目して代用的な空気力の数値変化をグラフにしてみます。
風洞で使った模型は公園用の小さなバルサ製ハンドランチでスパンが420mmの楕円翼、アスペクトレシオが6.6、強アンダーキャンバー翼型で通常の翼配置とした全機でのデータになります。
レイノルズ数は幾何学平均翼弦長を基準にしています。

まずは上のグラフ最大揚力係数CLmaxの変化と最大揚抗比L/Dmax のグラフです。
通常レイノルズ数が大きいほど最大揚力係数が大きくなり最大揚抗比が大きくなります。
このグラフもその傾向が見られます。(青が最大揚力係数、赤が最大揚抗比)
最大揚力係数は30000の数値が突出していますがこの原因は解りません。全体的には右肩上がりの傾向は間違い有りません。
最大揚力係数の値は実験前に予想した値よりも大きな数値が出ています。せいぜい1.0がぎりぎり出る程度だと予想していたのですが14000でも1.0を越えて屋外機サイズの25000になれば1.1ぐらい期待できる結果です。
思っていたほど性能は悪くなくこの小さな主翼でもちゃんと空気を掴んでいる事が証明されました。
揚力係数が高いのは水平尾翼の揚力分が含まれていることも影響しています。
この模型は水平尾翼の面積比が主翼の25%程度と大きいので揚力尾翼としての作用が大きくなりました。
水平尾翼の揚力負担は主翼面積換算で機体全体CLの10%程度寄与している事になります。

最大揚抗比はレイノルズ数20,000を境にそれ以上レイノルズ数が大きくなっても変化が少ないのが特徴です。

20000で様子が変わるようです。
スパン600mmぐらいの野球投げ機体が20000程度ですがそれより小さな機体は急に性能が悪くなるように感じているのでこの結果は実際の飛行とよく一致します。
出来れば10000ぐらいのデータがあればもっと確実な考察が出来るでしょう。
最大揚力係数ももっと落ちて来てまったくプアな性能になるのが予想されます。

この模型はアスペクトレシオが6.6と小さく高アスペクトレシオ化による抵抗減少の余地がまだまだあります。最近の翼端投げはアスペクトが10を越える物も有ります。この場合誘導抵抗の減少が期待できるので最大揚抗比は13程度まで上がる事が予想出来ます。


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次に最小抵抗係数の変化についてのグラフです。
通常レイノルズ数が大きいほどこの値は小さくなる傾向に有ります。このグラフもお手本のような綺麗に数値が減っているのが解ります。
この数値は上昇時の抵抗を見るのに役立ちます。
RCなら機体を高速で走らせる時の進入性に係わる数値に成ります。
大型の翼端投げの発射時のレイノルズ数は250000。公園サイズの野球投げの発射時が100000ぐらいですのでこのグラフの130000の数値が使えます。
全機の抵抗係数ですので胴体面積と主翼面積、尾翼面積などの比率で多少変化しますが大型の機体になれば(胴体+尾翼)の面積比率がより小さくなるので最小抵抗係数も比例して小さくなる事が予想されます。
大型の翼端投げなら最小抵抗係数は0.02程度まで下がると考えています。




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上のグラフは最小沈下率に関わる係数を表した物です。
一般に最小沈下率を与えるのは最大揚抗比の迎角よりも数度大きな迎角で発生します。
グラフ中の7°とか10°とかの数値はその時の迎角です。
縦軸の値が大きいほど沈下率が小さくなる事になります。
らはりここでもレイノルズ数が大きいほど沈下が小さくなるのが見て取れます。
レイノルズ数が20000を下回るとグラフの傾きが急になり性能が急激に落ちることが示されています。



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<ニュース>

カテ4挑戦者が増えました。
東京の「TU守」さんが参加表明です。
彼はフリーのハンドランチの他F3Bや鳥人間コンテスト常勝チームの設計担当としても活躍されています。私も翼型シュミレーションなどでいつもお世話に成っています。

現在これで4名となりました。みなさん宜しくお願いします。