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.6

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、」翼端部が乱流境界層になると考えて、

この文の表現を、「厚い境界層＝乱流境界層、薄い境界層＝層流境界層」という解釈をしないで、別のと捉え方をしていました。　ゆえに、「どちらかです。　ここが間違っています。」という表現をしました。
誤解を生ずる結果になったことはお詫びいたします。

>>＞「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。

上記のように、質問文の解釈を違えていたようですので、「そうなんだろなぁ」と思わないようにしてください。　しかし、もういちど回答文全体を読み直してもらえば分かるように、私は「層流境界層より乱流境界層の方が厚い」ことを否定はしていません。

しかし、改めて、この表現が、「厚い境界層＝乱流境界層、薄い境界層＝層流境界層」という解釈をされているのならやはり問題があります。
一般的に２つの境界層を単純比較すればそうなるということであって、レイノルズ数にも触れないで、ただ単に境界層の厚さのみで、厚くなると境界層遷移が起きる、あるいは、層流境界層か、乱流境界層かを定めることは、少し無謀ではないですか。

翼端(翼根)失速という言葉は、失速を起こしている場所を言っているだけで、発生原因について言及してはいません。

迎え角を増加していくと、翼上面の境界層は徐々に厚くなっていきます。　翼後縁部にいくほどその厚みは増加していき、ついには、翼後縁部から境界層剥離が始まります。　これは層流境界層であっても乱流境界層であっても、程度こそ違え必ず起きます。

言い換えると、境界層の厚みが増してくると、境界層剥離が起き、ついには翼前縁部まで剥離が進行する、つまり失速が起きるということです。

テーパー翼や後退翼では、空気の翼端方向の流れにより層流境界層であれ乱流境界層であれ境界層の厚みが増加することにより、迎え角を増加したのと同じ効果が表れ、一番厚い境界層のある場所（後退翼の場合は翼端から）失速が始まるということです。

>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

層流境界層から乱流境界層への遷移は、　レイノルズ数、マッハ数に依存します。　境界層の厚さで境界層遷移は起きません。　起きるのは、境界層剥離です。　ここの解釈が間違っているのです。

乱流境界層が層流境界層より厚いのは、境界層の中で、気流方向の左右、上下の流れ(渦)が伴っているので当然ですし、渦はエネルギーを持っていますので剥離部分を後方に押しやる力が働きますので、失速が遅れます。