技術 / テクニカルガイド

風車翼の相対流れと迎角

動いている翼断面から見た空気の速度は、地上から見た風の速度とは異なります。迎角は、その局所的な相対流れについて定義するものであり、ナセルの向きや静止した風向矢印から直接読み取ることはできません。

角度を比較する前に、運動の速度を差し引きます。

空気と翼断面の速度を、同じ基準座標系で表します。そのベクトル差によって、翼断面から見た流れが決まり、翼弦に対するその向きによって迎角が決まります。

01 / 基準座標系

相対速度は、ベクトルの差です。

U を空気の速度、v を翼断面の速度とし、両方を同じ慣性座標系で表します。

U を空気の速度、v を翼断面の速度とし、両方を同じ慣性座標系で表します。翼断面に対する空気の相対速度は W = U − v です。代わりに速さの大きさ同士を引くと、方向の情報が失われ、一般には異なる結果になります。

NASAの相対速度の説明では、地上の風と、動いている物体に対する空気の相対的な運動を区別しています。回転する翼では、半径ごとに異なる翼断面速度が加わるため、計算ではローター中心だけでなく、特定の翼断面を追う必要があります。

02 / 局所成分

回転によって、接線方向の寄与が加わります。

単純化した整列状態の例で、x を正の軸方向気流に沿って、t を翼断面の正の運動方向に沿って選びます。

単純化した整列状態の例で、x を正の軸方向気流に沿って、t を翼断面の正の運動方向に沿って選びます。U = (6, 0) m/s および v = (0, 8) m/s なら、それらの軸で W = (6, −8) m/s です。

相対速度の大きさは10 m/sであり、6 m/sでも6 − 8 m/sでもありません。これらは仮定した値で、誘導流や他の運動を省略しています。ベクトル計算を例示するものであり、運転中のMARSTONの翼を記述するものではありません。

03 / 流れの方向

角度には、明示した基準線が必要です。

この例で、W と負の接線方向がなす鋭角は arctan(6/8)、約36.9°です。

この例で、W と負の接線方向がなす鋭角は arctan(6/8)、約36.9°です。軸方向から測れば、異なる角度になります。定義を明示すれば、どちらも同じベクトルを記述できます。

したがって、流入角の記号には、ゼロの方向と符号の定義が必要です。ある翼座標の定義で正の値でも、別の定義で正とは限りません。座標を変換しても、物理的なベクトルは変わらない必要があります。

04 / 翼弦との比較

迎角は、形状と流れの組合せで決まります。

定義した二次元の翼断面座標では、迎角は、向きを定めた局所翼弦と W を比較する角度です。

定義した二次元の翼断面座標では、迎角は、向きを定めた局所翼弦と W を比較する角度です。流入角 φ と翼弦の設定角 β が、α = φ − β となるように選んだ共通の基準と符号に従う場合、この関係は幾何学的な引き算です。

ピッチ、ねじり、迎角が、互いに置き換えられるという意味ではありません。もともとの形状が固定されていても、流れや回転に伴って φ は変わることがあります。逆に、形状上の設定を変えた場合も、α がどう変わるかは、その時点の相対流れとの組合せで決まります。

05 / 三次元

翼断面モデルは、投影した流れを使います。

OpenFASTの翼型座標の説明では、局所的な二次元平面に投影した相対流れを用いて、翼断面の揚力、抗力、迎角を定義しています。

OpenFASTの翼型座標の説明では、局所的な二次元平面に投影した相対流れを用いて、翼断面の揚力、抗力、迎角を定義しています。スパン方向の流れは、翼断面モデルで明示的に表さない場合でも、より広い三次元の状況の一部です。

ヨー偏差のある流れ、変形、誘導速度は、局所成分を変えることがあります。この単純な二成分の例から、それらの大きさを確定したり、関連する運動と流れの仮定を含むモデルを置き換えたりすることはできません。

06 / 意味

方向の計算は、空力ポーラ曲線ではありません。

α が分かるだけでは、揚力、抗力、出力は決まりません。

α が分かるだけでは、揚力、抗力、出力は決まりません。これらの量は、翼断面と流れの条件にも依存します。 係数のガイド は、次の物理的な段階を説明しています。

このページは局所流れの幾何学的な関係を定義するものであり、MARSTONの実際の翼型、ピッチの構成、角度範囲、制御則は指定しません。既存の 翼形状のガイド は、図面上の別の量を扱っています。

次の資料も確認してください: 風車翼の揚力、抗力、断面係数.

次の資料も確認してください: 小形風車の翼のレイノルズ数と流れの相似性.

次の資料も確認してください: 翼素運動量理論:連成と仮定.

局所流れについて、次の資料も確認してください: 空気密度と、その算定に用いる環境条件 および 動圧と静圧の量.

一般的な背景情報: NASA Glenn:相対速度と基準座標系 · OpenFAST:局所翼型平面と相対流れの投影。これらの参考資料は業界の考え方を説明するものであり、適用するMARSTONの製品資料やプロジェクト資料とは別のものです。

主な概念と条件。

各量を、その基準、単位、明示された条件と一緒に読んでください。一般的な関係から、特定モデルの値が確定するわけではありません。

概念 / 量意味 / 関係条件 / 限界
U選んだ座標系における空気の速度、m/s方向と基準を保持します。
v対象となる翼断面の速度、m/sU と同じ座標系を用います。
WU − v、空気の相対速度ベクトルの差であり、速さ同士の引き算ではありません。
φ および β定義した座標における流れと翼弦の角度引き算の前に、基準をそろえます。
α翼弦と相対流れのなす角度それだけでは力は決まりません。

技術検討上の質問。

地上の風速は、翼断面の相対速度ですか?

通常は異なります。翼断面の運動と、関連する誘導流によって、相対速度が変わります。

速さの大きさ同士を引いてよいですか?

一般にはできません。同じ座標系で、速度をベクトルとして引く必要があります。

例の速度が10 m/sなのは、なぜですか?

互いに垂直な6および−8 m/sの成分から、√(6²+8²) が得られます。

ピッチと迎角は同じですか?

いいえ。迎角は、局所的な相対気流にも依存します。

α = φ − β は、共通の表記ですか?

角度の基準と符号を明示し、それらが整合している場合に限ります。

これにより、実際の機種の角度が分かりますか?

いいえ。座標上の関係と仮定した例を説明するものです。

技術的なお問い合わせ

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動いている翼断面から見た空気の速度は、地上から見た風の速度とは異なります。技術検討のために、機種と、適用する運転情報または設計情報をお知らせください。