空気摩擦熱？

質問

宇宙船が、地球の空気中を高速で移動する際に発熱する理由として、空気との摩擦ではなく、空気の圧縮による発熱（空力加熱）が主な原因としてJAXAのwebページ等でも紹介されていました。
　それでも、空気との摩擦による発熱もかなりあるように感じます。
空気の摩擦熱が、どの程度になるか考え方がわかる方教えてもらえませんでしょうか。

回答No.3

yyicp

再突入の場合でも空気との摩擦熱はありますが，
その加熱への寄与はごくわずかであるため，
空力加熱を見積もるときには考慮する必要がありません．
（具体的に何％かはわかりませんが・・・せいぜい数％でしょう）
研究論文などでもそうです．
摩擦熱は考慮しません．

それだけ空気の圧縮による加熱が大きいのです．
急激に圧縮された空気は一万度程度にもなります．
宇宙船はこんなにも高温の空気に取り囲まれることで加熱されます．

正確な類似ではありませんが，
100度の熱湯に手を突っ込んだら熱いですよね．
これと同じで，熱湯(一万度の空気)と手(宇宙船)の温度差による加熱が支配的だということです．

回答No.2

utty0627

ああ，なんか勘違いして回答してしまいました．質問の内容は「摩擦熱がどの程度になるか」ということですね・・・これはちょっと分かりません．すみません．

回答No.1

utty0627

気体（液体でも良い）中を物体が移動するとき，物体の運動エネルギーの一部が摩擦によって気体の分子に伝えられます．このとき，一部の運動エネルギーは散逸して失われてしまうのですが，これが摩擦熱です．この摩擦熱の説明については以下のURLの一番上の図が分かりやすいように思います．

INOACのスポンジに関するサイト内のページ：
http://www.sponge21.com/product/glossary/nense/

このようにして摩擦によって物体の運動エネルギーは気体分子に伝えられるのですが，物体が非常に高速に運動する場合には，摩擦熱として一部の運動エネルギーが失われてもなお，気体分子の運動エネルギーは大きく，気体はその移動方向に向かって急速に圧縮されます．すると圧縮によって逃げられなくなった気体分子の運動エネルギーが熱として放出されます．これが圧縮による発熱（圧縮加熱）です．

宇宙船が大気圏に突入した際に発生する空力加熱というのは，高速に移動する物体である宇宙船と空気の間に発生する摩擦熱と圧縮加熱を合わせたものです．しかし，相対的に圧縮加熱のほうが大きいため，そちらの方が大きな問題になります．

ですから，kookookooさんも書かれているように，「空気との摩擦ではなく，空気の圧縮による発熱が主な原因である」というのは正しいのです．間違っているのは「空力加熱＝圧縮加熱」という理解です．実際は「空力加熱＝摩擦熱＋圧縮加熱」であり，高速に移動する物体にとっては圧縮加熱のほうが圧倒的に大きくて問題になるため，あまり摩擦熱は問題視されないということなのです．

って，感じじゃないでしょうかね．専門家ではないので，間違ってたらすみません．