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メレディス効果とは、冷却ラジエーターによって発生する空気抵抗が、冷却ダクトを慎重に設計することで相殺され、ダクト内の熱い空気の膨張によって有効な推力が生成される現象です。この効果は 1930 年代に発見され、その後 10 年間でピストン エンジン航空機の速度が上昇するにつれて、さらに重要になりました。
メレディス効果は、ダクトを流れる空気が、高温の作動流体を含む熱交換器またはラジエーターによって加熱されたときに発生します。通常、流体は内燃機関からの廃熱を運ぶ冷却剤です。 [2]
この効果が発生するには、ダクトが空気に対してかなりの速度で移動している必要があります。ダクトに流入する空気は、ラジエーター表面からの抗力に遭遇し、ラムエア効果により圧縮されます。空気がラジエーターを通過すると加熱され、温度がわずかに上昇して体積が増加します。高温で加圧された空気は、後方に向かって狭くなるように収束する形状の排気ダクトから排出されます。これにより空気が後方に加速され、この加速の装置に対する反作用により、小さな前方への推力が得られます。[3]空気はダクトに沿って通過するときに膨張して温度が下がり、その後、外部の空気流に加わります。このようにして、オープンブレイトンサイクルの3つのプロセス、つまり圧縮、一定圧力での熱付加、膨張が達成されます。得られる推力は、ダクトの内側と外側の圧力比と冷却剤の温度によって異なります。[2]エチレングリコールは水に比べて沸点が高いため、空気の温度が上昇し、比推力が増大します。
発生した推力がダクトとラジエーターの空気抵抗より小さい場合、この配置はラジエーター設備の純空気抵抗を減らすのに役立ちます。発生した推力が設備の空気抵抗を超える場合、アセンブリ全体が車両に純前方推力を与えます。
メレディス効果は、その動作原理の類似性から、初期のアメリカの空力熱力学ダクトやラムジェットに関する研究に影響を与えた。 [2]最近では、この現象は、エンジン冷却ラジエーターをトンネル内に設置することでレーシングカーに利用されている。[4]
歴史
FW メレディスは、ファーンバラの王立航空機製作所(RAE)に勤務していたイギリス人エンジニアでした。液体冷却の原理を熟考した結果、従来は廃熱と考えられていたものがラジエーター内の冷却剤によって大気中に放出され、無駄になる必要がないことに気付きました。熱は空気の流れにエネルギーを加え、注意深く設計すれば、推力を発生させるために使用できます。この研究は 1936 年に出版されました。[3]
この現象は「メレディス効果」として知られるようになり、当時開発中だったスーパーマリン スピットファイアやホーカー ハリケーンなどの試作戦闘機の設計者にすぐに採用された。これらの機体のロールスロイス PV-12 エンジンは後にマーリンと名付けられ、エチレングリコールで冷却された。メレディス効果ラジエーターの初期の例は、1936年3月5日の試作機の初飛行のためにスピットファイアの設計に組み込まれた。[5]
多くのエンジニアは、この効果の原理を理解していませんでした。よくある間違いは、空冷星型エンジンのフィンが液冷エンジンのラジエーターよりも高温になるため、空冷星型エンジンが最も恩恵を受けるだろうという考えであり、この間違いは1949年まで続きました。[2]
参照
参考文献
- ^ イェン、ビル：ロックウェル：北米の遺産。ニューヨーク：クレセントブックス、1989年。49ページ、ISBN 0-517-67252-9。
- ^ abcd Becker, J.; 「高速フロンティア：1920年から1950年までの4つのNACAプログラムの事例」、SP-445、NASA（1980年）、第5章：高速カウリング、空気入口と出口、および内部フローシステム：ラムジェットの調査。[1]
- ^ ab Meredith, F. W: ダクト内に密閉されたエチレングリコールラジエーターを中心とした航空機エンジンの冷却、航空研究評議会 R&M 1683、1936 年。
- ^ Oxley, Mat (2021年3月9日). 「ドゥカティはMotoGPでグリップを高めるためにグラウンドエフェクトを使用しているか?」.モータースポーツ誌. 2021年5月31日閲覧。
- ^ Gingell, G. (編)、「スーパーマリン・スピットファイア - 40年後」、王立航空協会、1976年、13ページ。