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ドローン空力革命の予感?

表面を「わざとザラザラ」にすると抵抗が減る不思議な話

先日、東北大学から発表された

1.0%の微細粗さで空気抵抗43.6%低減を世界で初実証

―流体工学80年の常識を覆す発見、航空機などの省エネに期待―

というニュースを目にしました。

「空気抵抗43.6%低減」というところだけ喰らうと、センセーショナルで人類文明の革新か!
てなっちゃいますが、ま、学問のことですので。(私見です。)
もちろん私の様なド素人が「流体力学」という言葉を口にしようものなら

一瞬で数学の世界に連れていかれてボコボコにされますのでそこは黙っております。

 

で、素人なりに2つのAIに教えてもらったところでは
まず、普通は、
「飛行機やドローンは表面がツルツルなほど良い」
と思ってますし、今後しばらくはそういう世界でしょう。

ところがこれは、
「表面に、目に見えないほどの微細な凹凸(粗さ)をつけると、空気抵抗が最大で4割以上も減る」
という発見です。

 

従来の方法「空気をもむ」とは

飛行機の翼や自動車などで、あえて表面に小さな突起(ボルテックスジェネレーターなど)をつけて空気をわざと「かき乱す」ことがあります。
「あえて空気をもむ」という苦肉の策とも言えますが、参考記事中「乱流を促進する粗さ」とはこれを指すのだと思います。

 

空気抵抗の正体はシンプルに分けると「2つの力」の合計でできています。

1. 摩擦抵抗(まさつていこう):空気が機体をこする力
空気中を移動する物体の表面は空気が「サラサラ」とこすっていきます。
サラサラの空気ですが、実は空気には「粘り気」があります。機体の表面に近い空気は、機体と一緒に動こうとするため、引きずられることでブレーキがかかります。
これが摩擦抵抗となります。

2. 圧力抵抗(あつりょくていこう):後ろ側に引っ張られる力
同様に、空気中を移動する物体の正面の空気は押し退けられますが、機体の後ろ側には空気がうまく回り込めず、空気が薄い場所(低圧エリア)ができてしまいます。
前方は空気がパンパンに詰まっているのに、後方は空気がスカスカ。これによって、物体は「後ろから空気に吸い込まれるような力」を受けてしまい、これが強力なブレーキになります。

この「乱流を促進する粗さ」が2.「圧力抵抗」を減らすための工夫でした。
わざと空気をかき混ぜることで、物体の後ろ側に空気を無理やり回り込ませ、「空気の薄い場所」をなくすことで、後ろから吸い寄せられるブレーキを弱めていたんですね。

 

乱流でなく

で、
今回の「DMR(微細な粗さ)」は、この摩擦と圧力のバランスを崩すことなく、

1.「摩擦抵抗」を減らせるという点が革命的なポイントなのではないかと思います。

もちろん、なんでもかんでも、サンドブラストすりゃ4割空気抵抗減る、という話ではないでしょう。

しかし、別な技術ですが私たちの前に現れている技術もあります。
こちらは「乱流」の世界の様です。

 

飛行機、新幹線、クルマ、わずかな空気抵抗の削減でも経済的な、あるいはCO2削減の観点から非常に重要です。

また今回の発見は、ドローンの様な低レイノルズ側のようでもあり、これはリフトや飛行時間に期待ができると考えます。

 

てことで、ちょっと私の最近気になったニュースでした。

 

 

【今回参考にさせていただいた情報源】

東北大学プレスリリース:空気抵抗を大幅に低減する微細構造を発見

今回の「魔法のザラザラ」の一次ソースです。

ANAホールディングス「流儀」:航空機を巡る空気の話

「乱流摩擦抵抗」など、航空機技術の現場の苦闘が非常に分かりやすく解説されています。

 

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