003 空気力学の基礎みたいなやつ part 1

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3 days ago

maz (@dynamicsoar) が淡々と論文を紹介していく podcast, になるかもしれません。専門からわりと近くないと難しいので、たぶん生物飛行やその周辺。ハッシュタグは #mazpodfm あたりがいいんじゃないでしょうか。

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003 空気力学の基礎みたいなやつ part 1

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34 minutes 45 seconds

3 years ago

003 空気力学の基礎みたいなやつ part 1

動物飛行 (animal flight) の位置づけ的な話。より正確には植物などの飛行も守備範囲なわけだが…
羽ばたき飛行 (flapping flight, powered flight) をする（した）動物のグループ：昆虫・翼竜・鳥・コウモリ (insects, pterosaurs, birds, bats)
流体 (fluid) とは：気体 (gas) & 液体 (liquid)、とくに生物では空気と水が重要
流体力学の研究方法：数式・実験・数値計算 (CFD, computational fluid dynamics)…「差分」は「離散化」を言い間違えた
風洞 (wind tunnel)
外部流れと内部流れ (external flow, internal flow)
マッハ数 (Mach number)：英語ではマックナンバと読む
シャコパンチでの流体力学の考慮の一例 (McHenry et al., 2012)
急降下してるハヤブサの速度：古いけど Tucker (1998) を見ると推測値ぽいけど時速でいうと 500-630 km/h くらいではないかってありますね…本当ならマッハ数 0.5 近くて圧縮性の影響多少入ってくるかもしれないレベル…
翼（つばさ・よく wing）・羽（←あいまい）・羽根 (feather)・翅（昆虫の... insect wing）
相対風 (relative flow)
迎え角 (angle of attack, AoA)：迎角とも。数式では α で書くことが多い。英語の略称の AoA（エーオーエー）と読むことも多い。日本語だと「むかえかく」と「げいかく」があるが、「げいかく」は「ぎょうかく（仰角）」と紛らわしいので自分は敢えて避けている。実際、ネット情報だと間違って仰角と書いている人も多い
揚力・抗力 (lift, drag)：数式では揚力は L, 抗力は D と書く。抗力はいわゆる「抵抗」と同じもの。計測方法とか分類とかの話は飛ばした
揚力係数・抗力係数 (lift coefficient, drag coefficient)：揚力・抗力を無次元化したもの。あるいは、揚力・抗力を計算する上でのパラメタ（翼型や迎え角、Reynolds数などの関数。ここちょっと言葉足りてなかった）。数式では C_L, C_D と書く。C_L = L/(0.5 ρ U² S), C_D = D/(0.5 ρ U² S) ここで ρ は流体の密度・U は流速・S は翼面積。車の場合はたぶん S は前面投影面積？表面積を使う流儀・業界もある（潜水艦とか魚とかの方面？）。
揚抗比 (lift-to-drag ratio)：効率性の指標としては他に「空気力学的パワー/機械的（入力）パワー」などもある
Reynolds 数 (Reynolds number)：数式ではReと書くことが多い。Rと書く人もいるが、生物飛行業界ではRは翼や翅1枚の長さを表すことが多いので、避ける。Re = U L/ν ここで U は代表速度・L は代表長さ・ν（ニュー）は動粘性係数（動粘度とも）。100万いかないと思うと言ったけどそれこそハヤブサの急降下とかなら行ってそう…
代表速度：ホバリングだと前から入ってくる風がないので、翼端の移動速度を羽ばたき1周期で平均した値を用いたりする。
翼弦（よくげん chord）：翼の前縁（ぜんえん）と後縁（こうえん）の距離
層流 (laminar flow) と乱流 (turbulent flow)
境界層 (boundary layer)
こぼれてたもの：翼型（翼断面）・翼平面形（後退角含む）・上反角/下反角・高揚力装置などなど…。実験でReを合わせるために空気密度を変えたり、水や鉱物油を使う（動粘性係数の方を変える）こともあるよ、という話もし忘れた。