文字化けしてしまった部分の書き直しです↓
(１) 九五式水上偵察機の後退角が、この機の高い運動性に貢献したのは本当でしょうか？
(２) (１)の回答がＹesなら、どういう理論でそうなるのでしょうか？
(３) (１)の回答がYesなら、それは高い運動性を持たせる事を意図して後退翼に設計したのでしょうか？それとも別の目的で後退角をつけたら結果的に運動性が向上したのでしょうか？
(４) (１)の回答がNoなら、なんのために後退角をつけたのでしょうか？
たーぼふぁん

原型のヴォートO2Uからこの形態ですね。
この時期(1920年代後半)、米国ではちょっとした流行になったようです。
他にボーイングF3B・カーチスF8C・カーチスO-1・マーチンBM、があります。
現代でもアクロバット機のピッツがそうですね。
空力的な意味については下記の過去ログの回答2がヒントになるかと思います。
http://www.warbirds.jp/ansq/11/A2002565.html

超音速

>超音速さま
ご回答ありがとうございます！
ご提示いただきました過去ログを拝見いたしました。

私には難しいお話ですので、正しく理解できているのかは自信が無いのですが、

まず、上翼が前で下翼が後ろのスタッガーのついた一般的な状態。
その状態から、上翼の補助翼の効きが下翼でキャンセルされないように、翼端を後ろに引っ張ってきて後退角がついた。
運動性に貢献したというのは、この補助翼の効きの事を指している。

という理解で合っておりますでしょうか？
たーぼふぁん

(1)そうではないと思います。

九五式水上偵察機の運動性がよかった理由は、後退翼のためではないと思います。
安定性と運動性は相反するので、たーぼふぁんさんの疑問はごもっともです。

「後退翼は安定性が良い」と書いている本やウェブをよく見ますが、一般性は全くない。

　　　　　・縦方向　ピッチング
　　　　　・横方向　ヨーイング
　　　　　・回転方向　ローリング
　
と、安定性は三つありますが、翼の形や速度や迎え角とかでいろいろ変わる。
一概には言えないと思います。

たとえば、ヨーイングに対して、後退翼の方が安定性が良い、というのは、
ジェット機のように薄く、揚抗比がちいさい翼で、高速での場合です。

大戦機の場合には全く当てはまらない。
あの時代は、後退翼は嫌がられていたので、九八式直協機はチャレンジしたけど大失敗だった。

九三中練とか、C-47とか、大戦中のヤク、ミグで、ゆるーい後退角がついているときもある。

場合によりけり、だと思います。

(4)それでは、どうして後退翼にしたのか？ということですが、機体の釣り合いをとるためだと思います。

対象が九五式水上偵察機で、水上機です。

飛行機設計で、揚力中心より重力中心を前にする、という定石がありますけど、これは飛んでいる場合です。

水上機は翼と胴体のほかに大きなフロートをかかえています。
水上機は、水に浮かばないといけないので、陸上機とはちがう。

水上で停止したときにひっくり返らないように、機体、翼、フロートで発生する三つのモーメントの足し算がゼロになるように工夫しなければならない。
三つはむずかしい。二つが三つになると、すごくむずかしい。

オモリを入れるくらいで済むならよいが、デッドウエイトなんかイヤだとか、なにか制約がある場合、後退翼にして釣り合いをとるわけです。

それから、複葉機で、翼を食い違い配置にしたときです。

運動性に対する、補助翼の効きの貢献云々ですが、かんけいないと思います。

補助翼で下向きになった空気が下側の主翼にぶつかって、補助翼の効き目がわるくなる、ということは無いです。

一般に、飛行機では下流の影響が上流におよぶ、というのはあまりない。
流体は空気で圧縮性が高く、外部流れ（境界条件が表面で定義される）だからです。

そうでない場合は、たとえば、
流体が水で、圧縮性が小さく、内部流れの場合、たとえば水道管の水、の場合、末端下流で蛇口を一斉に開いたら、上流給水所のポンプは急いで回転を上げるとか、対策する。
これは下流の影響が上流におよぶ場合です。
じゃま

じゃまさん。
＞補助翼で下向きになった空気が下側の主翼にぶつかって、補助翼の効き目がわるくなる、ということは無いです。
＞一般に、飛行機では下流の影響が上流におよぶ、というのはあまりない。
＞流体は空気で圧縮性が高く、外部流れ（境界条件が表面で定義される）だからです。
そうはいっても、下翼にとってはそれは上流の流れとなりますよね。
上翼エルロンからの下向き流が下翼に当たり下翼の揚力が削られる。あるいは上下翼間の流れを上翼エルロンが阻害し下翼の揚力が削られる。この結果でエルロンの効きが悪くなったように感じる。
という見方は間違ってますか？
下翼にもエルロンを設けたり、上翼エルロン下に何も無い一葉半とするなど、他の形式の複葉機もエルロンの効き対策のように見えます。

超音速

超音速さん

　飛行機はなるべくコンパクトにしたい。

上翼、下翼の間隔もなるべく小さいほうが力学的に有利だけれど、
上下の流れが干渉したらまずい。

だからプロペラ半径くらい間隔をとるのだと思います。

上翼の下流側は下翼の上流側ではないか、という超音速さんの考えはわかりました。

尾翼に主翼の後流が干渉する問題とか、ありますね。

じゃま

流れの後方の翼が、前方の翼まわりの流れを変えるか、について整理したいと思います。

第一に流れは超音速か亜音速化であり、亜音速ならば影響する、となる。
第二に影響の大きさはいかにであり、余りにも当然ですが両者の距離に依存するとなる。
スタッガーをもつ複葉機の場合、下翼の翼面積の1/2の平方根を代表長さとして、両翼の無次元距離が１であれば、工学的に意味のある変化があり、無次元距離が５であれば、工学的に意味のある変化はない、程度だったはずです。
なお、この場合の距離は、およそ機体の首尾軸における両翼の前縁間の距離です。
蛇足ですが、単葉機の場合でも翼自体の前方流を下向きに変える｢吹き下げ」があります。ここに微小な翼をおけば、後方翼の影響を受けることになります。


如風

便乗質問ですが。

・無次元距離の「1」、「6」は、どうやって導出するのでしょうか。

・
>｢吹き下げ」があります。ここに微小な翼をおけば、後方翼の影響を受ける

ダウンウォッシュの効果は前述の「1」「6」には含まれないのでしょうか。
　
　やや、矛盾がかんじられるように思います。

じゃま

じゃま様
いつぞやは私のヘマな書き込みを、少しは役に立つ方向に導いて頂き有難うございました。
今回も、短く書いて不正確な書き方になったこと反省しております。

無次元距離について
スタッガーをもつ複葉機において前翼と後翼の距離を、機体の首尾軸と上下軸を含む平面における前翼と後翼の断面図における、両者の前縁と前縁の距離を、有次元距離とします。なおスタッガーがほぼ零の場合には、前翼と後翼の上下方向距離が有次元距離になります。
無次元距離は、有次元距離を　７項で書いた後翼の代表寸法で除したものです。
仮に後翼が矩形翼とし、その翼弦長が１m、翼幅が8mであれば、翼面積は８ｍ^２
であり、片翼面積は４ｍ^２、その平方根である代表長さは２ｍです。


「蛇足ですが・・・・吹き下げ(ダウンウォッシュ」の部分について

この部分の趣旨は、次のように具体的に書き換えて明確にしておきます。
なお後翼の寸法は前述のものを再度使います。この後翼の前方首尾軸方向２ｍ(無次元距離＝１)の位置に微小翼を置けば、後翼による吹き下げによって前方翼の有効迎角が更に小さくなるのは明らかでしょう。従って後方の翼は前方の翼に影響を与える、と言う意味です。

ところが、単葉機にだけ詳しい人に｢うん、うん」といって貰いたくて「吹き下げ」と言う用語を選んだのは大間違いで、複葉の干渉については自由渦(後縁渦）の他に翼に束縛された束縛渦(翼回りの循環）によって生じる速度もまじめに取り扱う必要があり、上記の前方に置いた微小翼の有効迎角は大きくなるが正しいだろうと定性的に考えている次第です。


如風

たーぼふぁん様の質問に対する回答の流れを止めてしまったので、私も回答したいと思います。ただし仮説程度の物ですので、大いに突っ込んでください。

なお、画像検索したところ本機は上翼にも下翼にもエルロンを装備しているように見えますので、エルロンの効きは十分だったのではないかと。


回答は、上翼に後退翼を採用たとき機体の方向安定と運動性の向上は同時に実現された説です。(歴史的には視界確保を狙って上翼を後退翼にしたら、予想外に運動性がよかった、と言う順かも知れませんが）

回答の理由は９９艦爆の試験経緯に見られます。

先ずは宙返りの頂上付近での不意自転に悩まされた。　この対策として翼端付近の翼前縁を、スラットを作動させた状態においてスロットをガムテープで塞いだような形状にして、捩り下げを与え問題を解決した。

しかし、宙返りの登り経路において左右によれる傾向がひどかったため、ドーサルフィンで方向安定を増した。
この二つの対策で、運動性において満足のいく機体に仕上がった、というものです。

複葉機は大きな迎角を取ったときに垂直尾翼が主翼の陰に入りやすく、後退翼による方向安定は有り難かったのではと考える次第です。
如風

たーぼふぁん様
ご質問の本文にある「著しい後退角」は、３項のたーぼふぁん様の解釈と関係すると思います。必要があれば後で触れます。
如風

超音速さま、じゃま様、如風さま。
皆様、詳しい解説をいただきありがとうございます！

皆様のご議論を拝見させていただきまして、航空力学はやはり難しいものだと痛感いたしております。

>11.如風さま
>必要があれば後で触れます。
ぜひ、お願いいたします。
たーぼふぁん

＞１２．有難うございます。　＞３．は「翼根で大きいいスタッガー、翼端でスタッガー零　従って翼端で上下翼の干渉が少ない」と読ませて頂きました。
ここでは、機体の運動性と安定性が主題ですから、世傑４７．の｢著しい後退翼」は、九六艦戦以前の機体で捩り下げは期待できないので、翼端失速に対する不安を慮ってのことではないかと邪推しまして、少々触れた方が良いと思った次第です。　但し、議論の口火を切る程度のものでしかないのですが・・・。

複葉の干渉は、二つの翼に二組の翼端渦ができ、任意の一つの翼に二組の翼端渦が作用するために、一つの翼の「吹き下げ」が大きくなり、有効迎角が小さくなるため、同一翼面積の単葉機と同じ揚力を得るためにはより大きな幾何学的迎角を必要とするので抗力が大きくなる、おおまかにはこの程度で解釈できそうです。

ここでは翼に拘束された束縛渦に着目し、翼を束縛渦で代表させた近似をします。翼に対し左方向から機体の速度の一様流れが流入するものとすれば、束縛渦の回転方向は時計回りです。
この場合複葉の一方の翼を基準としてその渦は、もう一方の翼が前方にあれば巻き上げ流れを誘起し有効迎角を大きくし、後方にあれば巻下げ流れを誘起します。
(｢吹き下げ｣は後縁渦に関連する技術用語のようで、巻上げ下げを使いました）
九五水偵の後退翼(上翼)については、翼根で有効迎角が増加し、翼端では有効迎角の増加も減少もない、と作用することになります。
なお、下翼はこの逆の作用を受けます。

この効果は上翼について次のように整理されます。　基本的に矩形翼は翼根失速型の揚力分布をしているが、後退角のため翼端失速型の揚力分布に寄せられ(NACA-TM-1120)、複葉後退翼効果で再び翼根失速型の揚力分布に寄せられる。
結果として、上翼も下翼も、著しくない後退翼の揚力分布になっているのではないかと考えます。従って、上翼の見かけほどは翼端失速しにくい。

また後退翼における境界層吹き寄せ効果による翼端失速に対しても、揚力分布の修正が失速防止効果を有しているのではないかと。

最後に、やや書きすぎた思いもありますので、「F86が翼端失速しない理由は」などの修正を頂ければ、幸いです。
ついでの質問ですが、九五水偵の翼面の波板は境界層フェンスのような効果があるのでしょうか？
如風

如月さん

　翼を束縛渦で近似するというのは、翼端方向の循環を一定とするモデルのことでしょうか。
じゃま

じゃま様
はい。　＞１３．は、簡単な循環一定のモデルでの説明です。
　
但し、相手翼の特定の翼断面に与える速度は、束縛渦の長さに渡る積分の結果であるとの認識はあるものの、最も近い翼断面同士の関係としか読めない書き方になっています。
このため、効果をやや過大に表す書き方になりました。　｢やや書きすぎた」は、そういう思いです、　
如風

如月さん

如月さんの提示されたモデルは、馬蹄渦モデルの中で最も基本的なものだとおもいます。
二次元翼と三次元翼の考え方を混乱させてしまうところがありますね。

「効果を過大に表す書き方」と如月さんご自身でも理解されています。

循環は一定としているが、揚力分布を考えるとか、翼どうしの干渉なのか、翼断面どうしの干渉なのか、近似のやりかたが、むずかしいと思います。

じゃま

じゃま様
設計屋がある装置の一部改造によって性能改善を実施する場合、最初の段階に幾つかのアイデアの有効性を比べるときに、詳しく分かっている元の装置の性能を基準にして各アイデアを単純なモデルにして、元の性能より１０パーセント性能が上がるとか５パーセント性能が下がるとかを見積って、アイデアを絞ることがあります。

＞１３.のやり方はこのやりかたに似ています。
単葉矩形翼の翼幅方向の揚力分布については、我々はかなり制度のいい理論式によるグラフあるいは実験結果のグラフを目にしたことがあり、およそよく知っていると言えます。
そこでこの揚力分布を基準として、複葉翼の場合に簡単な馬蹄形渦糸モデルを用いて、翼根では揚力がやや増えるかあるいは減るか、翼根では・・・を調べているわけです。
こんな簡単なモデルでも、＞２で超音速様が引用してくださったA＆Q　においてさらりと書かれている、正のスタッガーをもつ複葉機では上翼が失速しやすい理由をちゃんと説明できるのです。

これに対し５００行の式とグラフを並べて、これこの通りとやる方法もあるでしょうが、この場はそのような場ではないと思います。

如風

＞１７．の最終行について補足しておきます。　実例があるのです。教科書では５０行程度の式で纏められている揚力線理論を５００行も費やして、懇切丁寧に説明してくれているサイトが。　私も大変お世話になっています。
fnorio.com
よろしければ、皆様参照してください。
如風

URLが不正確でした。
http://fnorio.com/#6

如風

>13では循環は翼幅方向に一定だと書いてあります。
それなら揚力も一定なはずです。

妙だと思いました。

やはり揚力曲線モデルを持ち出さないと、揚力分布は説明できないから、方針転換したのだと思います。

それでなお、間違っているのは、翼端渦はそれほど大きくならないということです。
教科書ではわかりやすいように大きく書いていますが、実際は小さなものです。
翼端渦が大きいというのは抗力が大きく損失がおおきいことだから。
これは避けるように設計する。

>正のスタッガーをもつ複葉機では上翼が失速しやすい

だから、そんなことはありえない。
翼端渦は、翼どうしが干渉を起こすほどの角運動量はもっていない。

超音速さんの引用した過去ログSchampさんの記述はあちこち間違っています。

翼どうしの干渉が起きたらめちゃくちゃになったはずです。
時代は1930年代の日本で、三次元翼理論なんて知らなかったはずです。

ご紹介いただいたサイトを拝見しましたが、これ、素人さんでしょう。
ここのお題である複葉機に関係したことはほとんど書いてない。
そんなに正確でもない。

如月さんは、このサイトをネタ元に揚力曲線理論を知ったから、引用したのでしょう。

じゃま

申し訳ありませんが、渦についての基本であるヘルムホルツの法則に矛盾しないようにお説を修正していただけないと、なんともコメントできません。
如風

如月さん

ヘルムホルツの法則は、現実には成立しないんですよ。
流体には粘性があるからです。

だいいち、熱力学の第二法則に反する。

それも知らないで自説を開陳していたのでしょうか。

翼端渦はどんどん減衰します。

だから、
・エンタルピーとエントロピーについて知らない。
・粘度がどういう物理量で、どんな次元か知らない。
・ニュートン流体の性質を知らない。
・翼端渦がどうやって発生するのかしらない。
・翼端渦がどういう形をしていているか知らない。
・翼端渦の内部の速度分布を知らない。

と思います。

>私も大変お世話になっています

慌てて検索したサイトだとおもいます。

もともと揚力曲線理論を知っていたなら、わざわざ13.のような乱暴なモデリングはしないはずだから。

どんなロジックを使っているのか、興味しんしんでしたが、何もないようです。

如月さんは、検索は得手のようですね。

それでは、議論を続けましょう。



じゃま

じゃまさん。議論のまえにまずひとの名前の間違いを直さないと
超音速

敢えてじゃま様の土俵で議論を始めましょう。

少なくとも相対性理論ぐらいは取り入れなければならないですよ。
地球楕円体(近似しすぎました？)の重力場のなかの歪んだ空間を考慮し、翼回りの速度の違う流体ごとに、この効果で密度が変化することも考慮しなきゃー・・・・(まだまだ考慮すべきことが続く）。　これでやや正確になる。
あ、そうだ流体は分子を１個１個取り上げて統計力学的に記述しよう、でもこれらをやると精度を確保するにはスパコンどれだけ必要かな。　

ばかばかしい、と思いませんか。

結局、解くべき問題が要求する精度を満たす、最も簡単な理論を選ぶのが常道です。　理論が簡単なほど人間の頭で因果関係を辿れますしね。
　
ここでの議論ならば、非圧縮、非粘性の流体力学で十分。　ならば、ヘルムホルツの法則は有効でなければならない。

但し翼の計算において、整備士さん怪我をしないように翼の後縁を丸める場合、揚力、抗力の面でどの程度問題が生じるかを扱う場合には、翼後縁でのクッターの条件が怪しくなる微妙な問題ですから、私でもじゃま様の仰るヘルムホルツの法則なんぞ糞喰らえの世界で計算機のお世話になります。　
なお、直観ではエネルギー方程式は使用しなくても良いのではと思います。念のためエネルギー方程式も組み込んで検算してみるでしょうが。

如風

じゃま様

＞２１．は、議論がすれ違う原因は、非圧縮性、非粘性の流体力学で、ヘルムホルツの法則が成り立つ場合、束縛渦の循環が翼幅方向に変化するかの見解が違うからなのではないかと考えたからです。

私は、ヘルムホルツの法則が成り立っても、束縛渦の循環の大きさは翼幅方向に変化しても良いとの見解です。　如何でしょうか。
如風

超音速さん：
そうですね、すみみませんでした。これから気をつけます。

如風さん：
ハンドルネームを間違えてすみませんでした。

議論ボードに移動したいと思います。
じゃま

皆様、この後私はどうしたらいいのでしょうか？


長くはなりましたが、＞２５のやり取りで決着の見通しだと思っています。

議論ボードに移ったとて、この先新たな知見のやり取りする見込みもない。技術的話題ですから、多くの人が知っているあたりまえのことを(時には間違えることもあるかもしれませんが）書くしかない。

古くからの方にご助言おねがいします。　やっても問題ない。　やらなくても問題ない。　両者とも幼いねー、取り敢えずやってみたら。　　　
この程度で結構ですのでよろしくお願いします。
如風

古株ではないですが
議論をふっかけられたからといって乗らなければならない義務はありません。
反論したければすればいいし、当スレッドに書いた以上のことは無いなら乗らなければいい。
乗らなかったとしても、ここまで付き合ったんですから如風さんが逃げたとは私は思いません。
超音速

超音速様、ご助言有難うございます。

議論ボードに価しない議論になりそうで、議論ボードに出るのが怖かったのです。　今考えると幼稚な題で、以前議論ボードをお借りしたトラウマがあったものでして。
新人ですから、じゃま様ともう少し議論してみたいと思います。
如風

新しい知見とかでなく、古い知見すら共有できていないのが、われわれの問題ではないかと思います。
じゃま

×…古い知見すら共有できていないのが我々の問題
○…古い知見を自分は有しているが周囲が有していないのが問題、だから啓蒙してやる

醜悪なマウンティング。だから友達できないんだよ。

部外者

＞31.
他人への誹謗中傷や罵詈雑言は禁止されています。
如風さんは大人の対応をされていますね。
じゃまさんも、少なくとも汚い言葉を使うことは無い。
超音速