後退翼の翼端失速について

質問

お世話になります。

後退翼は翼端から失速が起こりますが、
理由に工学の本には、
気流が翼端方向に流れ、翼端部の境界層が厚くなるため
翼端から失速すると書いてあります。
（他の理由、例えばテーパーとかはこの場合考えないとして）

境界層が厚くなるということは、
「層流境界層より乱流境界層の方が厚いため、」
翼端部が乱流境界層になると考えて、
より剥離しにくくなると思ってしまうのですが、
（ボルティックジェネレータとか...）

どこの理解に問題があるのでしょうか？
そもそもとんちんかんな質問なのかもしれませんが、
どなたかどうぞご教授下さい。

回答No.4

Yosha

>境界層が厚くなるということは、「層流境界層より乱流境界層の方が厚いため、」

翼に接している空気の速度は“０”です。　翼から遠ざかるにしたがってその流速は外気の流れに近づきます。
翼に接したところから外気の流速と同じ速度になる直前までを、境界層と呼んでいます。
境界層には、層流境界層と乱流境界層とがあります。

したがって、「層流境界層より乱流境界層の方が厚い」ということにはなりません。　どちらかです。　ここが間違っています。

翼端失速は、翼上面の圧力より下面の圧力が勝るため、翼下面の空気が翼上面に回り込み境界層を剥離させるというのが一般的です。

境界層が厚くなれば、当然、層流境界層、乱流境界層のいかんを問わず、剥離しやすくなります。

したがって、「気流が翼端方向に流れ、翼端部の境界層が厚くなるため翼端から失速すると」書かれていると思われます。

>翼端部が乱流境界層になると考えて、より剥離しにくくなると思ってしまうのですが

確かに、乱流境界層は層流境界層にくらべ、剥離しにくいのは事実です。
しかし、上記の通り、境界層が厚くなると境界層剥離がし易くなり、翼端失速を起こし易くなります。　層流境界層が乱流境界層に変化するのではありません。

レイノルズ数が大きくなると層流境界層から乱流境界層へと境界層遷移します。　レイノルズ数は、同じ空気、同じ翼の場合は、マッハ数に比例するようです。

補足

回答ありがとうございます。

＞「層流境界層より乱流境界層の方が厚い」ということはない。
なるほど、そうなんですか。

工学の本には、どれも乱流境界層の方が厚く描かれているので、
そうなんだろなぁと思っていました。
ただ乱流境界層の方が厚いのは、主流との流れのエネルギーの授受が
行われるため乱流になるわけで、
混ざり合わない層流境界層に比べ、乱流境界層は混ざり合う？ため
基本的には厚めになるのではないかなぁと思っています。

ところで揚力の発生原理は、後付の理由と言われるベルヌーイの定理
から翼上下面の静圧の圧力差で生まれるようですが、
回答を読んでいくと、揚力は境界層の差から発生すると
書かれていることに気づきました。
確かに主流は関係ないですからね。

ということは、層流境界層であろうが乱流境界層であろうが
境界層が厚くなるということは、それだけ上下面の圧力差が
大きくなっているため失速しやすくなる。

という解釈で合っているでしょうか？

また、境界層剥離の原理で考えると
主流に比べて遅い境界層は、上面の曲率のある面を流れるとき
あるところで流速最大で、それより下流に行くと逆圧力で流れにくくなります。
翼面から遠いところは、流速が大きく慣性が大きいので逆圧力勾配に打て勝って下流まで流れていきますが、
翼面近くでは、流速が小さいので慣性は小さく圧力に打ち勝って下流へ
流れることが困難になり、ついに剥離する。

ということは、境界層が厚くなると遅い流れの部分が大きくなって、
小さい慣性力の層が増える。
だから、逆圧力勾配に打ち勝ちにくくなって、剥離しやすくなる。

ということになるのでしょうか？？

前進翼が、翼根から失速する理由も同じですよね？

少し理由が分かってきたような気がします。
回答ありがとうございました。