排気・冷却・境界層

ぼろ太 @futaba_AFB

表面冷却を採用した機体で最も成功したのはシュナイダーカップ最後の優勝機英国のスーパーマリン S.6Bかナチスのプロパガンダに積極的に利用され30年以上速度記録を保持し続けたMe209 V1か伊の最速の水上機MC.72のいずれかですね pic.twitter.com/Hm3LwpmPQz

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ぼろ太 @futaba_AFB

オリジナルのスピットファイアは比較的涼しいイギリスでもオーバーヒート気味で地上では自力でタキシングとかするとそれだけでエンジンを壊しかねない子だったのだ！なのでラジエーターに冷却液を直接スプレーする装置が増設されてるっぽいのです。似たような改造はレース向けのP-51に多いです。 twitter.com/futaba_afb/sta…

ぼろ太@C101 2日目 東イ01b @futaba_AFB

テキサス・レジェンズのスピットファイアよく見るとラジエーターにスプレーバーらしきものが増設されていてアメリカの砂漠地方で飛ばすにはやっぱり熱的に厳しかったのね、、、 pic.twitter.com/VMYoCZMBHt

2018-01-12 20:19:44

thgrace @thgrace

ようやく"飛燕修復の記録"エンジンあたり編が出てたので購入． ...今更なのだけどII型は空気取り入れ口が機体から浮いてる...土井先生は境界層のことがわからなくて冷却器の能力が設計通りでなかったとおっしゃっていたが、I型->II型で空気取り入れ口のみ改良した?!　(I型のはうろ覚えだが...) pic.twitter.com/9oACSlnc0Y

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thgrace @thgrace

冷静になって考えてみたけど、FW190Dがインテイクを機体から遠くしているのはラジエター排気を吸い込まないため? とすると、飛燕ではなぜ遠ざける? 境界層が原因ではない気がしてきた． pic.twitter.com/TllmsrhnvG

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TFR_BIGMOSA（首輪付きの大猫、地球長期滞在者） @TFR_BIGMOSA

twitter.com/thgrace/status… 土井先生は「P-51を見るまで境界層を回避するためにインテークを機体の外に離して設けることを思いつかなかった」と自著でもインタビューでも語っているのだが、二式複座戦闘機のオイルクーラーインテークは何故かナセル下面から離してある。

TFR_BIGMOSA（首輪付きの大猫、地球長期滞在者） @TFR_BIGMOSA

三式戦二型の過給機インテークもそうであるとは今回知った。境界層の影響回避とは別の理由で機体との間に隙間を空けたインテークを選ぶことが当時はあったと言うことだろうか。

大野正裕 @L1649_CN1001

RT>全機レベルの風洞試験では過給器インテークは模型化しておらず、単なる 抵抗扱いだったようで、過給器インテークの形状そのものは、空力屋さんは気にしていなかったようです。 pic.twitter.com/fUhDWuu4s2

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大野正裕 @L1649_CN1001

一方、ラジエータの研究では、入口でなくラジエータそのものを胴体から20mm離すことを風洞試験で試していて、試験結果は「風速分布はほとんど変わらない」というものでしたが、境界層の風速は気にしていたようなので、過給器インテークは境界層を気にした結果かもしれません。

大野正裕 @L1649_CN1001

P-51のインテークの風速データを見たわけではないですが、飛燕より大きなラジエータをも冷やせる拡散冷却のために一様な流れを取り込むべく境界層を分離したP-51の発想までには、境界層は知っていても、当時の川崎は至っていなかったということでしょう。 twitter.com/futaba_AFB/sta…

ぼろ太@C101 2日目 東イ01b @futaba_AFB

P-51のラジエーター設計は、絞ったインテークから拡散させ流速を減らしてラジエーター容積の確保と流速を落として熱の移送をしやすくして(ラジエーターに空気が流れる時間を長くしてる)冷却抵抗も減らす(ラジエーターのハニカムに当たる空気の速度が減るので空気抵抗も減る)凄い設計ですが pic.twitter.com/EzWaLqNLZU

2017-03-20 21:21:09

thgrace @thgrace

飛燕のインテイク、依然としてどうにも納得がいかないので飛燕修復の記録二冊、土井先生本などを参照し構造をにらめっこしてみました...結論: 二型改のやつ、境界層は考えてインテイク形態を変えたわけではなさそう、でした． pic.twitter.com/9Pi7ZwETwK

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thgrace @thgrace

飛燕一型のインテイクはボックス内部にガイドベーンが付いてて、これらが一体になってます(モデルアート#428、pp.68)．エンジン点検の時にはインテイクをガバっととりはずすことができます．

thgrace @thgrace

一方の二型改では、インテイクボックスは単なる箱となり、ガイドベーンは別部品となります．ガイドベーン部分が別部品になったのは、水メタノール噴射器を取り付けられるようにしたためでしょう．効率を考えてインテイクボックスは大きくされたようです(一型に入り口部を延長したような感じ．

thgrace @thgrace

乱流境界層の厚さは見積もりにくいですけど、圧力勾配なしの場合0.37xRe^(-0.2)でざっとかけるので、時速600km、距離2mでエイやで計算すると30-40mm程度になりますんで、ちょっと低い．ちなみに機体下4mのところ(冷却器あたり)とすると70-80mmになるから、P51の高さはまあ適切とみて良いか．

thgrace @thgrace

土井先生本p.209を読み直すとキ60の時冷却器に問題があって、それは前方に取り付けた潤滑油冷却が影響したとしています(そこに境界層が...との記述が)．でもキ61=飛燕では問題になってない．じゃあP51となにが問題かというと...

ぼろ太 @futaba_AFB

Fw190割と冷却に苦しんでいたり、Fw190の影響を受けた空冷機でも冷却ファン辞めたり、オイルクーラーやスーパーチャージャーの空気取り入れ口は変更してるし...エンジンの排気を利用してカウル内を負圧にしてカウル内を通る流量を増やすのは、正解だったんだろうけど twitter.com/heikihenken/st…

偏見で語る兵器bot @heikihenken

Fw190のカウリング内の空気の流れの図 スピナーの後ろに吸気ファンがあって冷却用の空気を取り入れ、その空気の流れに便乗する形でオイルクーラーとスーパーチャージャーのための空気を取り入れ、そして最後に残りの空気はエンジン排気の排気圧を使って吐き出すという合理的な構造だ pic.twitter.com/SJtR7rrmCb

2019-01-17 09:35:31

ぼろ太 @futaba_AFB

Fw190どうしてこうしたんだろうみたいな部分があって、オイルクーラーもあって、負圧利用のためぐにゃぐにゃ排気管をとり回したりしている温度も高く流速も下がるカウル内からエンジンの吸気をするよりは、五色戦みたいな方が空気抵抗増えても吸気効率が良くなってトータルでは良くなりそうなのにとか pic.twitter.com/YuCF2y3ckF

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ぼろ太 @futaba_AFB

エアレーサーでは五式戦みたいにしてるのそれなりにあるのよね、F8Fやシーフューリーは主翼付け根からにしてる。 pic.twitter.com/j1A6laW0yc

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ウチューじん・ささき @uchujin17

このR-2800、いまどきのフライアブル機によく使われているDC-6用のCB16/CB17じゃなくて、２段過給器を備えた-10か-18だわ…。F4U-4用の純正エンジンだとすれば-18W。エンジンマウント後方の空間には巨大なインタークーラーが納まることになります。 twitter.com/futaba_AFB/sta…

ぼろ太@C101 2日目 東イ01b @futaba_AFB

コルセアのエンジンマウントと主翼の付け根の主桁は飛行機というよりは土木みたい pic.twitter.com/Hqq1Brawc6

2019-08-20 12:38:46

ぼろ太 @futaba_AFB

@uchujin17 遠心圧縮機式の二段加給エンジンは第二次世界大戦の最適解だったと思っていますがコルセアと零戦を見ているとそれを実現するために必要なものや失われるものの差がよく見える気がします。これだけ巨大なエンジンを搭載する機体の開発は、地上での取り回しが零戦でさえあれだけ大変なのにどれほどなのか pic.twitter.com/bZG3dkclJP

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ヒヨコの大将 @Hyokonoko

@futaba_AFB @uchujin17 材料が難しいターボに手を出さずとも、機械式加給器の後ろにしっかりインタークーラーを入れれば、高高度性能を得られたのに、日本はこのインタークーラーの重要性がわかっていなかったです。

ウチューじん・ささき @uchujin17

@Hyokonoko @futaba_AFB どうせオクタン価対策で水メタノールを噴くのだから、水メタによる冷却効果で吸気クーラーは省略できると考えられたようです。実際いまのリノ・エアレースで飛んでいるゴールド級ムスタングはアフタークーラーを撤去したエンジンでADI(水メタ)噴射に頼っています。

ヒヨコの大将 @Hyokonoko

@uchujin17 @futaba_AFB そうなんですね。ですが、インタークーラーは水やメタノールによる重量増加もなく、空気密度の増加による出力増加と、空気温度の低下によるノック防止を期待できるので、集中して研究して欲しかったですね。リノのエンジンに関してはもっと勉強してみたいです。

ウチューじん・ささき @uchujin17

@Hyokonoko @futaba_AFB 飛行機用のインタークーラーはかなり大きくて、そこに冷却空気を導くためのダクト類も含めると飛行機のサイズを肥大化させやすいので利害得失の判断が難しいところです。日本人には「無駄だらけ」と言われるF6Fヘルキャットも機首容積の大部分はインタークーラーとその導気ダクトです(緑の部分) pic.twitter.com/uTou5r9hJL

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ウチューじん・ささき @uchujin17

@Hyokonoko @futaba_AFB ターボ過給器を持つP-47だとビルの空調かと思うような配管が埋め込まれていて、大きな四角いインタークーラー２つが後部胴体に収まっています(この展示では右側だけ冷却ダクトを外してクーラー本体を見せています) pic.twitter.com/46PGpT0prE

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ウチューじん・ささき @uchujin17

@Hyokonoko @futaba_AFB この点で「優等生」なのがP-51ムスタングで、エンジン冷却のラジエターと吸気冷却器(アフタークーラー)が一体になった大きな四角い冷却器が後部胴体下面に埋め込まれ、冷却器断面積より小さな吸気口から吸い込んだ気流を末広がりダクトで減速昇圧して冷却器に当て、再び絞って出す設計にしています。 pic.twitter.com/Jgd26cAQ8q

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