エアロダイナミクスは最先端のテクノロジーかと思えばさにあらず

エアロダイナミクスは最先端のテクノロジーかと思えばさにあらず

といっても「枯れた技術」なのではなく出遅れもいいところの「予選落ちなしの最後尾グリッド」ぐらいの立ち位置に感じます。

ロッシ好調なのはうれしい限りなのですが、いつまでたっても「ああだこうだ」やっているエアロダイナミクスというジャンルは、いい加減に落ち着いてほしいところです。
歌にすると、
「せかいのうちに おまえほど あゆみの のろい ものはない どうして そんなに のろいのか」
これがスピードを争うMotoGPno最先端テクノロジーの中で起きているなんて

と言っても、2輪に限った話ではなく、人類全体的にあまり進歩していないジャンルのように思います。
なぜなら空気は生まれてこの方、ほとんど進化も変化もしていないのにかかわらずいつまでたっても方針が定まらず
毎年毎年新しいパターンが出てくるからです。
もちろんこれはライダ―のせいでもマシン開発者が悪いわけでもなさそうです。

空気ができたのは、地球が誕生した46億年前からいろいろあって、酸素濃度が20%ぐらいに落ち着いたのは5億年ぐらい前だそうです。

諸悪の根源は理解力不足。

肝心の学者連中の説明がいまいち的を得ていないという体たらくが原因だと思うのです。

答えは出ているのに、なぜそうなのかがわからない。
なので突っ込みどころ満載

結局のところ、
「例外を除いたら例外なく成り立っ」ということが証明できれば真となりうる。
というのが学問の世界。

除く例外と除いてはいけない例外を使い分けるわけです。

 

これは、定義さえはっきりしていればよいのですが、

その定義を定めず、さらに結局真実がわかっていない者同士の議論は目が当てられません

例えば「飛行機はなぜ飛ぶのかわからない…は嘘 流体力学の本も間違いだらけ」と正しい理論の展開を試みている方がおられるのですが・・・
その反論も正しくはない!
これでは「一周回ってわかってない」どころか一生判らない人たちです。
原因は功名心とかプライドとか生活とか。
かえって一般人のほうが正しく判断できているような気がします。

飛行機が飛ぶ理由は簡単です。
「空気などに対して、相対速度差と粘性と圧力差を発生させる物体(翼)が、時間差とモーメントのバランスが取れた時に揚力が生まれ続ける」
たったこれだけで説明できると思うのですが、支離滅裂だったり、諸事情がありあえて説明しない部分があったりするのが実情のような気がします。
ほとんどが定義と時間と、負圧の説明が不足しています(ただし水面化で本当に理解している方々はたくさんいることでしょう)。
除く例外と、除かない例外をはっきりさせないで「計測値から導かれた数式が間違っていない」といわれても「飛行機が飛ぶことの理由」にはなりえません。

もうすこし、突っ込む余地のない説明が欲しいところです。
例えば「翼の前面に負圧が発生している」という計測事実だけで沢山のことがわかります(というか飛ぶ理由が解ってしまいます…)。
音速に近づくにつれ一般的な説明や数式も当てはまらなくなってきそうなので速度を含めた定義の重要性も見えてきます。

空気の粗密による影響(音波)も無視できません。

 

翼の下面より上面の方が空気のスピードが速いから揚力が発生するだけでは説明になりません。
翼の下面より上面の方が空気のスピードが速くなる理由が「距離が長いから」だけではお粗末です。
通常スピードが速くなるためには外部からの力が必要なので、そちらの説明が欠かせません。この流れで静圧やら負圧を持ち出してもうまく説明できないとおもわれ、その時点でそもそもこれは正解ではないと判断されてしまいます。
「距離が長いから」は、ほとんど理由にならなくて、まずは、前面が迎角により押し下げられ、後ろ面では空気が足りないという非常事態の結果、それを補う行為が発生し、その差分のモーメントが上向きになるように翼の形状と胴体バランスと慣性を整えることでが上向きの力が発生していて、その次に、それが適当な時間軸と速度差により適正値が変わりやっと飛べる状態に近づき、加えて粘性だの乱流だのの特性を利用し、形状も最適化することで効率を高めている感じだと思います。
渦とか流速とかは結果であって原因ではなく効率を高めるための要素の位置づけのほうが論が破たんしないと思います。

飛行機が空を飛べる理由 の説明

うまくまとまらないので今まで目にした説明をランダムに書いてみます。

  • 飛行機がなぜ飛ぶのか。それは翼に「揚力」が働くからです。
    →断言することが間違いです
  • 「なぜ翼の上面の空気の速さが下面より速いか」の説明が正しくできない
    →わりと全滅
  • 迎角の否定
    →なぜ否定する?
    最悪なのはつい最近「やっぱり迎角だ」で切り込んだ方が、早々に引き下げたという事実
  • クッタ・ジュ-コフスキーの定理
    揚力=空気の流れの速さ×循環×空気の密度
  • ベルヌーイの定義
  • 翼の上下で等時間通過説
    →単なる減少でしかない
    実測すると勿論同じとは限らず上のほうが速い場合もあり
  • 空気の循環(渦)説
    →現象でしかない
  • 翼が前に引っ張られているという事実
    →負圧分布の図表が存在するのにあまり触れられていません
    翼よりも前に負圧が発生しているのですよ!
  • 空気の圧縮は影響なし
    →そんなわけない。というかここからスタートすべき
    翼よりも前に負圧が発生しているので明らかに翼よりも速いスピードで圧力波が発生しているはず
  • 流速で説明することが間違い
    →スピードとは、遅くなることはあれ、速くなるのには何らかの動力が必要。
    であればその動力の説明から始めないと。
    空気の流れではなく圧力で説明しないと誤まる。特に加圧ではなく負圧で説明しないと誤まる
  • 粘性と空気層と渦の関係
    →この程度きちんと説明できると思うのですが・・・
    摩擦とスピードと慣性と波と渦、これだけで空を飛べる理由の説明ができると思います
  • 翼の後縁が丸いと飛行機は飛べません
    →飛べない状態・形態はほかにも山ほどある
  • その他思いつくキーワード
    表面圧力分布 ナビエ・ストークス方程式

都市伝説?

本職の人たちがこんななのだから、世の中には都市伝説であふれかえります。

ブレーキング時にガバッとイン側に体を横に出したり、足を出したりすると旋回性(回頭性)が生まれる

なんかもっともらしいのですが、実は微妙です。
分かりやすい説明としては、
加速時に同様のことをやってみると正しくその効果(回頭性)を感じることができます。
減速時との違いは加速時は加速しているのですが、減速時には減速している事。

いくら体を出してもマシンよりも前に行こうとする力が働く場合があります。

ガバット飛び出ているその物体は、減速時にはマシンを外側に向ける方向にも働きます。
空気抵抗と慣性と正面から見た重心の位置と減速度によって決定される回頭性は必ずしも効果的とは言えないことでしょう。
特にMotoGPの強力な減速度では逆効果なのではないでしょうか?
そもそも、回頭性が生まれてほしいのはバンキング時点で、それ以前ではかえって邪魔なのですが。
幸いなのは、この理屈は主に間違っているので、それほど悪影響はないということでしょうか

確実に効果があるといえるのは、空気抵抗が増えることと、減速度を体で支える力の補助になるかもしれないということぐらいでしょうか

空気抵抗は流線型が最小

雨粒(ティアドロップ)が理想的だとかで新幹線ができたりしましたが、肝心なことを視野に入れていません。
雨粒は骨組みなしで完結できる形として空気抵抗最少なわけです。
条件付きなわけです。

その結果、最新の新幹線はもう少し賢くなっているようです。

最新の新幹線設計で参考にした情報として、
雨粒でもクサビ型でもなく千年以上前からその形状を備えていたカワセミを真似してみましたとさ。

魚獲りの王様(kingfisher)カワセミのその鮮やかなダイビングに注目です。
カワセミを見た感じでは、断面積の直線性に加え、水面の波動とその突入スピードによって形状が三段階に分かれているように見えます。
先端を少しでも鋭利に、そして抵抗を少なく、最後に体積の確保と3拍子そろっているわけですね

 

最近の新幹線の異常に長いテーパー部分はトンネルやすれ違い時のショックの緩和だと思いますが、そんなことより、トンネルの入り口の径を広げる方がはるかに効率よさそうだと思うのは素人考え?すれ違いにしても、アクティブ何とかを実装した方がテーパー部分を短くできるので効果的な気します。
羽ばたきの羽音が少ないということでフクロウも参考したそうです。
見事な雨粒型の胴体はさておき羽の前面にある鋸刃状のふさふさ(セレーション)がキーポイントで、これもピッチと硬さと、長さで空気の流れをうまくコントロールしていると思われます。

これを先のトンネルにも流用できるといいですね(トンネル側に)。

 

 

MotoGPへの応用

さて肝心のMotoGP界のエアロダイナミクスですが
思いつくのは・・・

タイヤってその回転によってマグヌス効果的にはダウンフォースが発生しています。
ということでフロントアクセルにローターを付ければダウンフォース発生!
これ100年前から知られていた技術ですが最近さらに効率がよくなったようです。
ローター船は実用レベルなようです。コアンダ効果を利用して、ヘリのテールローターの代わりにサーキュレーションジェットを輩出するノーター(NOTAR)というのもあります。

 

今のところ排気の利用はあり?(F1は2014年に禁止)
ウイングカーは禁止だけどフラットでテーパー状態でもダウンフォースは発生しますが・・・
あのダイソンの扇風機は実に15倍に増量できているそうです。

全長が短く丸ぼったいバイクの場合は境界層制御や整流効率などの有効活用がポイントでしょう。

マシンだけでなくライダーの粘性活用も効果ありそうです。

アメリカや日本などが実用することができなかったアッパーサーフェスブローイング方式(コアンダ効果)の短距離離着陸機をソ連が唯一実現できていたりします(双発短距離離着陸ジェット輸送機のアントノフ72(An-72)とか)。
ロシアも参入してくると面白いですよね。
サイドカーを復活してURALワンメークとかアイスレースとか

 

 

意外とこのバイク、ぶっといタイヤによる強力なマグヌス効果によるダウンフォースと無限のバンク角とで、旋風をふきあらすかも。

前後同じサイズのタイヤって、金銭的にエコだし、コーナリング性能は抜群に優れているし。

さらに分解して車のトランクに詰めるのだそうです。

 

2輪駆動のバイクもロシア製であったよね。

 

 

 

 

心情的に、先っぽとがらせたくなるのはわかるのですが、条件が整っていないとカワセミのくちばしはオーバースペックだと思うのです。

そもそもマシンの前に負圧の空気層の塊ができていたら何の意味もないからです(悪いほうにはたくさんの効果(悪影響)があります)。

不安定な状態では、フクロウの頭、昔ながらの新幹線の頭のほうが結果的に好結果になると思います。

 

ということは何を意味しているかというと、まずは、やっぱり後ろの整流とか粘性とか渦とかを先に極めたほうが良いとおもいます。

フロントのダウンフォースは、ライダーの体制でダウンフォースを発生させたり、安定した空気層を形作ることでそのデバイス(ウイング?)の空気抵抗成分を無効にすることだってできるはず。スピードと粘性と整流です。

ウイングでコントロールするならするで、加速G、減速Gで変形させて揚力だのダウンフォースだのを発生させればよくて、電子デバイスではないし、動かすのではなくてたわんでしまうのであればレギュレーション違反にはならないでしょう。普段邪魔ものにされているガソリンを利用すれば車重に合わせたコントロールがエアバッグと風船で簡単にできてしまいます。デバイスいらずで一石二鳥。

 

 

 

 

 

空力って、条件が同じなら誰がやっても同じ結果になるのだから様々な実験結果をさっさと公開してほしいものです。

開発に金がかかるからと制限するのではなく情報提供という手段もあることをお忘れなく。
ただし、よけいな間違った解説をつけずにですけど。

以上

 

 

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