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Propeller Aerodynamics (プロペラの航空力学)

図を分けて説明してみると

特に右側の。プロペラの進行方向を中止して見てください。 飛行中はエンジンの回転(速度・緑色)と、飛行機全体の前に進む速度(赤色)の2つがあります。 プロペラはその2つを合わせた方向(紺色)に移動します。 相対風は紺色の矢印と平行に吹くので、速度が速くなるとプロペラのAngle of Attackが小さくなり効率が大きく変化します。

停止中のプロペラと気流の流れ。 そして、その状態でのプロペラの迎え角
飛行中のプロペラと気流の流れ。 そして、その状態でのプロペラの迎え角。 飛行中はピッチが変わらなくても大気に対する角度は変化します。

停止中では、Angle of Attackが大きい。

停止中は飛行機全体が止まっています。 その為にプロペラが前に行く事は無いので、Angle of AttackとPitchが同じになります。

プロペラの移動は緑の矢印だけになります。

角度が一番大きくなるので、回転速度が最も遅くなります。
プロペラの抗力が最大なので、回転が遅くなりますから、効率が良いかは不明です。

飛行中は全体が前にも移動する(赤色の矢印)のでAngle of Attackは小さくなります。

飛行中はプロペラは飛行機に対しては真下に移動しますが、飛行機全体が空気の中を前に進むので、大気からみると、プロペラは真下では無く、斜め前に向かって移動します。その為Angle of Attackは小さくなります。

飛行中のプロペラの移動方向は、プロペラの真下に行く方向(緑)に飛行機全体が前に進む(赤)の合計した方向に進みます。(青)その為、Angle of Attackが小さくなってしまいます。

パッと考えると、止まって居る時はAngle of Attackが一番大きくて、Thrustが最も大きくなると思いませんか?

でも実際はちょっと違うかも知れません。

止まってる状態(2番)ですと、Angle of Attackが大きすぎて空気抵抗(Drag)が一番大きくなってしまいます。 空気抵抗が大きくなるので回転速度が遅くなって、逆にThrustが最も強くなるとは限りません。

例えばですが、Cessna 152を停めてFull Throttleにすると2300-2400回転(RPM)前後でしょう。 でも飛行中は回転数がもっと早くなります。 その為、回転数が遅いので最高の推力を出してる保障はありません。

離陸後の上昇中は飛行機の速度も速くなって、プロペラの抵抗が減るので回転も速くなって行きます。(3番ぐらい) 水平飛行では場合によっては2700回転と制限ギリギリまで回転が速くなる可能性もあります。 下降に入ると、Full Throttleでは回転を超えてしまう場合もあります。 高速の4番だと空気抵抗は一番小さく回転も速いのですが、それに比例してAngle of Attackも小さくなりThrustが最も大きくなるとは限らないのです。

角度は大気とプロペラに対してのAngle of Attackです。Pitchでは無いのでご注意を。

C-152/172の様にFixed-Pitchの場合は固定なので、飛行速度によってRPM(回転数)が変化します。RPMが変化すると言う事はプロペラの空気抵抗が変わっていると言う事なので、Angle of Attackも速度によって変わってしまいます。最適な角度であっても飛行機自体の速度が変わると、それから角度(Angle of Attack)が変わってしまいます。その為、プロペラは最適な角度(速度)で飛行できる可能が低くなります。 もっと抗力が低下し回転数も早くなります。 

極例で考えると、あまり飛行機自体の速度が早くなるとChord Lineとプロペラの移動方向が、ほぼ同じになって推力がかなり減って行きます。 まあ、飛行機にはVneが有るので、現実の速度でこんな事になるのは考えにくいです。

次へ プロペラの設計


目次

  1. イントロのページ 初めに作っていたイントロ用のページです。 次に行きたい方はここから。
  2. プロペラの航空力学入門編: プロペラの回りでは何が起こってるのか? なぜ、角度を変えた方が良いの? (その
  3. プロペラの構造 Constant Propellerの場合 (その  ・  ・  ・ 
  4. Propeller Governerってなんだ。 (その  ・  ・  ・ ) 
  5. Constant-Speed Prop機の操作方法  (その  ・  ・  ・ ) 
  6. Private Pilot 向け (時間が無い人に。 Fixedだけの人用にと思って作ってます。)
  7. 試して見て 検定です。 定速プロペラ Constant-Speed Propeller
  8. ----- 過去のページ ----- 理解が出来ない! と言われた昔のページ。 今見ると確かに私も理解できない所が多い。

 

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