平板の摩擦抵抗
平板の摩擦抵抗は実験的に研究され簡単な計算式で表されています。
平板の摩擦抵抗の計算式は層流・遷移・乱流の3つありレイノルズ数によって使い分けます。
層流（レイノルズ数 < 5.3×105）
\( \displaystyle C_f = \frac{1.328}{\sqrt{Re}} \tag{1} \)
遷移（5.3×105 < レイノルズ数 < 2×108）
\( \displaystyle C_f = \frac{0.455}{\left ( \log_{10} Re \right ) ^{2.58} } – \frac{1700}{Re} \tag{2} \)
乱流（2×108 < レイノルズ数）
\( \displaystyle C_f = \frac{0.455}{\left ( \log_{10} Re \right ) ^{2.58} } \tag{3} \)
| \(C_f\) | 摩擦抵抗係数 [−] |
| \(Re\) | レイノルズ数 [−] (平板の長さを基準) |
(出典：航空力学の基礎（第2版）: P.121)
遷移→乱流のレイノルズ数を2×108とすると各グラフの接続がよくなります。
摩擦抵抗係数（無次元数）から摩擦抵抗[N]への変換は以下の式で計算します。
\( \displaystyle D_f = \frac{1}{2} \rho V^2 S \times C_f \tag{4} \)
| \(D_f\) | 摩擦抵抗 [N] |
| \(\rho\) | 流体の密度 [kg/m3] |
| \(V\) | 流体の速度 [m/s] |
| \(S\) | 表面積 [m2] |
| \(C_f\) | 摩擦抵抗係数 [−] |
まとめ
平板の摩擦抵抗は、レイノルズ数に応じて層流・遷移・乱流の3つの実験式から計算できる。
参考資料
- 航空力学の基礎（第2版）
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