プロファイル (航空) – 定義

空力要素のプロファイルは、相対運動する流体内のこの要素の輪郭です。飛行機の翼、プロペラブレード、またはローターの場合、プロファイルは断面または「セクション」の輪郭であり、要素の一端から他端まで一定または変化します。

プロファイル形状

亜音速で揚力を生み出すことを目的とした翼の輪郭は、一般に丸みを帯びた前縁、前方 3 分の 1 に向かって配置された最大厚さ、および後方に薄い後縁を備えています。前縁から後縁までの距離を弦と呼びます。

ロープ=c

プロファイルの最大厚さ (英語では ep または t) とその長さの比は、相対厚さと呼ばれます。

相対厚さ = th/c または t/c

プロファイルの正中線（上部と底部の中間）は、一般に、所望の揚力の方向に湾曲または「反り」が付いています。弦から平均線の頂点までの距離は矢印と呼ばれます。矢と弦の比率をキャンバーと呼びます。

矢印 = f

キャンバー = f/c

船の帆、潜水艦の安定板、帆船のセンターボード、竜骨、舵、飛行機のプロペラ、ヘリコプターのローターだけでなく、ハマグリの貝殻、魚のヒレ、風切羽なども含まれます。鳥類はこのモデルに従って記述できます。

空力リフト

プロファイルは、要素が空気中を移動するときに要素にかかる空気力学的な力を決定します。十分にプロファイルされた物体(フックのない流れ内) は、移動する流体に正の入射角で配置され、揚力を生成します。翼のプロファイルは、ストリークを最小限に抑え、最も効率的な方法でこの揚力を生成するように設計されています。翼の輪郭の設計と選択は、翼と安定板の形状とサイズ、ひいては翼全体の寸法を決定するため、航空設計の最も重要な側面の 1 つです。翼プロファイルの空力研究は通常、計算 (無限の伸びを使用する 2D または 3D) によって、および有限の伸びを使用して風洞内で行われます。

流量特性

決定要素は、流体分子の慣性力とこの流体の粘性力との比であるレイノルズ数です。 Re の値は、物体の寸法 (長さまたは弦)、移動速度(V)、および流体の動粘度 (裸) によって異なります。

Re = V * L / ν

一般に、Re は高密度で粘性の媒体では非常に低く、流動性と疎性の媒体では高くなります。航空学では、Re は一般に百万 (10 ⁶ ) 単位で表されます。

適用、ロープ (m)、速度 (m/s)、Re

バタフライ、0.025、0.3、500

鳥、0.050、6、20,000

模型飛行機、0.15、9、100,000

軽飛行機、1.50、50、5 10 ⁶

旅客機、3.50、230、50 10 ⁶

摩擦係数

乱流摩擦係数 (Cf) は、レイノルズ数が増加するにつれて減少します。

Re 10 ⁴を参照: 0.0100

Re 10 ⁵を参照: 0.0070

Re 10 ⁶を参照: 0.0045

Re 10 ⁷を参照: 0.0030

翼の効率 (揚抗比) は、レイノルズ数とともに増加します。

プロファイル抗力係数

プロファイル係数 (Cd) は、摩擦係数とプロファイルの厚さの影響によって決まります。

フローレジーム

移動プロファイルは通常、上流部分 (前縁近く) が「層流」流れ (摩擦係数が低い) であり、下流部分が「乱流」流れ (摩擦係数が高い) です。これら 2 つの部分の間の移行部の長手方向の位置は次のように異なります。

使用されたプロファイルの(圧力場の縦方向の分布)

レイノルズ数の

プロファイルの表面状態:

粗さ

曲率の​​規則性

いわゆる「層流」プロファイルは、リーディング エッジが薄く、最大厚さのセットバック (翼弦の約 40 ～ 45%) を備えたプロファイルで、層流ゾーンがいわゆる「クラシック」または「クラシック」よりも広範囲に渡ります。プロフィールが乱れる。」トランジションはコードの 60% または 70% まで戻ることができます。層流は、揚力係数と迎え角の所定の範囲内でのみ使用できます。この範囲外では、抗力は従来のプロファイルよりも高くなります。これらのプロファイルは、製造時により高い精度、より多くの注意 (表面仕上げ) を必要とし、使用時の耐性 (最適な +/- 狭い速度範囲) を必要とします。

飛行体制

プロファイルの機能が大きく異なる飛行形態がいくつかあります。

• 亜音速領域では、空気は翼の上のプロファイルのキャンバーまたは正の迎え角によって加速され、翼を上方に吸い込むベルヌーイ効果によって落ち込みを引き起こします。
• 遷音速領域では、空気が音速に近いかそれ以上の速度まで加速され、翼に衝撃波が発生します。これにより、翼気流システムの機械的特性が大きく変化します（「超臨界」と呼ばれるプロファイルにより、音速の速度が低下します）。これらの波の出現とその望ましくない影響により、マッハ 1 に近い速度での飛行が可能になります）。
• 超音速域では、力を生み出すのは翼 (および航空機)の周囲全体に形成される衝撃波による圧力です。翼にかかるこれらの圧力の中心は後方に戻され、翼の前面が面します。超音速の流れは抗力を決定するパラメータになります。これらの条件下では、非常に平らなダイヤモンド型のプロファイルを優先的に使用します。