プロペラは角ばっていないほうが高効率なのでしょうか

質問

ヘリコプターのローターでも同じことが言えるのでしょうか。

回答No.4

sailor · ベストアンサー

竹とんぼとのことなので、ちょっと思い出したことがあるので追記します。
基本は直線翼の形状での話ですが、翼端をスパッと直角に切り落としたものと、翼端を丸くしたものでは違い出ることがあります。これは翼端渦と呼ばれる現象によるもので、翼端では翼の上下の面の気圧差の境界が出来る事になりますが、このためこの部分に上下方向への気流が出来て渦を作り出します。この渦は翼に対しての空気抵抗になったり、揚力の減少を起こす場合が多いので、翼端の同じ線上に渦を集中させないために翼端を丸くしたり直角にせずに斜めにしたりという事が行われることがあります。また、直角にする場合でも翼の断面形状を工夫することで対処したり、翼単を角度を付けて折り曲げる（プロペラの先端があ少しだけ後ろに折り曲げられていたり、後退角が付いている）または小さな境界を作る（飛行機のウイングレットはこれ）などの手法を用いることもあります。

竹とんぼは最初に与えられたエネルギーだけでどこまで飛べるかという事ですから、如何に大きなエネルギを貯めるかという事といかに効率よいプロペラを作るかが決め手ですよね。本気で考えたら身近にあるのにすごく難しい。面白いですね。

回答No.3

sailor

まず、プロペラの効率とは何でしょう。例えば。飛行機が飛んでいるときプロペラの生み出す気流の速度よりも飛行機の速度は必ず遅くなりますよね。まぁ、空気の抵抗を受ける機体があるのですから当然ですけど、この速度の差が小さいほど推進効率が高いという事になる（速度差が0なら推進効率は100％）んですが、ここの時の運用速度などで大きく異なるんですよ。通常のプロペラ機やヘリコプターなどの場合はプロペラが生み出す気流の速度の範囲では直線的で細長いブレード（羽根）の物が効率が良いのです。プロペラのブレードは飛行機の翼とと同じで揚力を生み出す力が（単に捻じれてついてるから進むのではありません）あります。そのため大きな揚力を生み出せるグライダーの翼のように細長い形が良いのです。ヘリコプターのローターなどはまさにこの形ですね。しかし、要求される速度が高くなってくるとそうもいかなくなってくるのです。プロペラのブレードは軸に対して放射状についているので、当然ですが中心部と端では空気に対する速度が異なります。細長い大きなブレードでは周辺部のブレードの空気に対する速度が音速に近づきすぎたり超えたりしてしまいます。そうなると、その部分で発生した衝撃波で一気に効率が落ちてしまったり、下手をするとプロペラがバラバラになってしまいます。それなら、ブレードを短くすると今度はブレードの面積が小さくなってしまい、小さな面積で大きな力を受ける必要があるため、ねじれを大きくする必要が出てきますが、これもあまりねじれを大きくすると気流剥離という現象が起きてやはり効率が著しく落ちてしまいます。そこで幅を広くして長さを縮めるという事なるのですが、これは翼としてみた時の効率は落とすことになりますね。また、それでもまだ足りない時には飛行機の翼の後退翼とか三角翼のような真っすぐではないブレード（内側と外側で空気に対する速度が違うため直線にはならない）を持った「なんだこれ」的なプロペラも出てきます。例えばプロップファン（下のリンク参照）とかですね。潜水艦などのスキュードプロペラ（プロペラという言葉推進器という意味で飛行機のプロペラはその一種で、船やロケット、車でも推進器を表すものはプロペラでと書く場合があります）も似たような形ですね。

プロップファンでは通常の場合、前後に二つのプロペラを重ねて、互いに逆回転させて使う場良いが多いのですが、単独でも飛行機の後退翼や三角翼のように衝撃波の発生を遅らせて、高速域でも高い効率を得る事が出来ますしブレードの面積も大きく取れます。潜水艦などのスキュードプロペラはちょっと事情は異なるのですが、水中で大きなプロペラを高速で回そうとすると、プロペラの進もうとする側の圧力が極めて低くなり、真空状態となりその部分に気泡が発生（キャビテーションと言います）してしまい、こう率が極めて低くなるだけでなく騒音を発生し、気泡がはじける（高圧の水中で鋸の現象は極めて大きな力発生する）ときにプロペラを壊すこともあるのです。そのため中心部でも周辺部でも出来るだけ圧力変化が緩やかで均一になるようにするため独特な形状になっています。

参考URL　プロップファン　　https://www.google.com/search?q=%E3%83%97%E3%83%AD%E3%83%83%E3%83%97%E3%83%95%E3%82%A1%E3%83%B3&client=firefox-b-d&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiIlOiQxcnhAhUEebwKHak7CoEQ_AUIDigB&biw=1152&bih=526#imgrc=ylxYp8sHxWSdmM:

参考URL　スキュードプロペラ　　https://images-na.ssl-images-amazon.com/images/I/5110yWTxszL._SX342_.jpg

お礼

ずいぶん奥が深いお話なのですね。竹とんぼをよく作るのですが、ご教示を念頭に置いて作ってみたいと思います。

回答No.2

tetsumyi

プロペラはできるだけ軽い方が効率が良い。
それで角ばっていると外周部は速度が速く最大の空気圧が働きプロペラは破壊する。
それで、薄くて空気圧に耐える形にしようとすると角はなすることになる。
重くても良い扇風機等ではこうでなくても良いが、角があると風切り音が出るので普通は角は丸くする。

お礼

空気圧に耐えるための角をなくすというのはなるほどと思いました。

回答No.1

中京区 桑原町（@l4330）

そうでも無いようです。
http://www.globalenergy.co.jp/show2019/show001.html

お礼

面白い画像を拝見できました。飛行機のプロペラとはまた違うことがあるのかなと思いました。