ホバークラフトのクッション内の空気密度は？

質問

ホバークラフトは容積Vがほぼ一定のスカート内に
多くの空気分子(原子)を入れる事で
P＝nRT/V
の値を大気よりも大きくし、
空気分子が船の底面に与える力積を増やしているんですか？
(浮上すると一定の流量で空気が漏出するため、
それと等しい流量でスカート内に送風し、動的平衡とする)

どこを見ても単純に圧力を高めるとしか
書いてないので質問させて頂きました。

回答No.2

mienaikuuki · ベストアンサー

ブロワで下側に空気を送り込み漏れる空気量との差で圧力が上がり圧力と空気が入っている部分の接地面積の関係で生じる力で持ち上げられることになります。厳密に言えば書かれている通りですけど、ブロワの仕様にある流量特性で流量を漏れる量としてそのときの圧力が浮上に使える力のもとと言うような形になると思います。

お礼

回答ありがとうございます。

補足

ブロワーを動かし始めた時はブロワで送り込まれる空気と
漏れる空気の流量との差で圧力差が生じ
(厳密にはクッション内の気体の方が密度が大きい)
浮き上がってから暫くして動的平衡状態になると
ブロワの説明書(仕様)にある流量の値を
漏出する空気の流量(漏れる量)として計算して良くなり、
(ブロワーから入る流量と漏れ出て行く流量が等しくなる)
ブロワーからクッション内までを１つの管として見た場合
ブロワーよりクッション内の方が断面積が大きくなるため
連続の式とベルヌーイの定理により
流体の運動エネルギーが圧力エネルギーに変換される、
という解釈で良いですか？

回答No.3

mienaikuuki

ベルヌーイの定理や連続の式と言うより、単純にエネルギー保存則で考えた方が良いと思います。ブロワが取り込む空気に与える下流側に送り出す空気に与える周囲に影響を及ぼすことができるエネルギーで浮かぶことになります。圧縮を受けた空気は必ず温度上昇を伴いますがこの点を一定として扱えば、空気の流れは下流側（圧力の低い方）へ膨張しながら移動するだけになります。一定の流量が流れ続ける状態は上流側から密度を一定に保つのに必要な分の空気が送り込まれているからです。この送り込む能力がブロワの出力、吐き出し能力は下流側の抵抗力と吐き出し能力の関係でボイルシャルルとポアッソンの法則により決まります。気体分子はそれ自身が運動エネルギーを持って動き回り、衝突することで圧力が観測されます。抵抗力が少ない方向に行ってしまえばその分衝突するときに現れる圧力は少なくなり密度が下がり流れが生じます。
ホバークラフトの場合はブロワから圧損なしにスカート内部に空気が送り込まれるとすれば隙間面積から大気圧に抜ける流量とスカート内圧力の関係、スカート内圧力はブロワの吐き出し流量をほぼ０にしたときの吐き出し圧力であり、接地面積にかかる圧力で決まる上向きの力が持ち上げるものの抵抗力に勝ったとき浮上することになります。後は隙間からスカート内の圧力が隙間を通って大気圧に抜けるときの流量と給気能力によって浮上量は決まってくることになります。
細かい計算などは熱力学関連のところで気体の流れの式、エンタルピバランスなどと言うキーワードで探って見てください。

お礼

丁寧な解説をありがとうございました。
満足の行く回答を得られて嬉しいです。
詳しい計算については、熱力学関連のワードで
調べてみることにします。

回答No.1

noname#252332

ホバークラフトのスカートの容積が一定であることを以て気体の容積が一定とは言えません。状態方程式は気体分子の特定のカタマリの体積や圧力を言っているのですから、単に流体が通過するだけのいわば配管に等しいホバークラフトのスカートに適用できません。スカートと地面に隙間ができることがホバークラフトのミソなんですから、スカートと地面で出来る円周形のオリフィスを通過する空気の流量が作る圧力差がホバークラフトを持ち上げるんでしょうね。私も考えたことがありませんでした。

お礼

回答ありがとうございます。状態方程式の意味や
ホバークラフトのクッション部が管路という事など、
分かりやすい解説をありがとうございました。