空力係数 ー 揚力係数・抵抗係数・ピッチングモーメント係数

空力係数とは

空力係数(Aerodynamic coefficient)とは、物体の空力特性(揚力・抵抗・ピッチングモーメント)表す無次元のパラメータで、風洞試験や解析から得られます。

空力係数は、物体に生じる揚力・抵抗・ピッチングモーメントを一様流の動圧と物体を代表する面積(長さ)で割った無次元数で表します。

\(\displaystyle C_L = \frac{L}{\displaystyle \frac{1}{2} \rho {V_\infty}^2S} \tag{1}\)

\(\displaystyle C_D = \frac{D}{\displaystyle \frac{1}{2} \rho {V_\infty}^2S} \tag{2}\)

\(\displaystyle C_M =  \frac{M}{\displaystyle \frac{1}{2} \rho {V_\infty}^2 S \ l} \tag{3}\)

\(C_L\) 揚力係数 [−]
\(C_D\) 抵抗係数 [−]
\(C_M\) ピッチングモーメント係数 [−]
\(L\) 揚力 [N]
\(D\) 抵抗 [N]
\(M\) ピッチングモーメント [Nm]
\(\rho\) 空気密度 [kg/m3] (=1.225, 地上0m, 15℃)
\(V_\infty\) 空気速度 [m/s]
\(S\) 代表面積 [m2]
\(l\) 代表長さ [m]
空力係数は、円柱・翼型など対象によって代表面積(長さ)の定義が様々なので注意が必要です。

空力係数を決めるパラメータ

空力係数は物体の大きさや一様流の動圧に依存せず、以下のパラメータで決まります。

  1. 物体の形状
  2. 姿勢(迎え角)
  3. レイノルズ数
  4. マッハ数
  5. 表面荒さ
  6. 一様流の乱れ
物体表面が滑らかで一様流に乱れがない場合、⑤表面荒さ・⑥一様流の乱れは無視できます。

空力係数はレイノルズ数・マッハ数が一致した流れで形状・姿勢(迎え角)が同じなら一様流の動圧や物体の大きさによらず同じになります。

 レイノルズ数とは?
 マッハ数とは?
 動圧とは?

まとめ

  • 空力係数とは、物体の空力特性を表す無次元のパラメータである。
  • 空力係数は、レイノルズ数・マッハ数が一致流れで形状・姿勢が同じなら、一様流の動圧・物体の大きさを問わず同じになる。
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1985年9月生まれ。大阪出身。息子と娘の2児の父。
東北大学大学院工学研究科 航空宇宙工学専攻 修士課程修了。
学生時代は数値流体力学を用いた航空機の空力設計の研究に従事。
卒業後は航空機製造メーカーにて旅客機の設計を担当。