渦流発生器

渦発生器（VG）は、通常揚力面（または翼、航空機の翼など）^[1]または風力タービンのローターブレード^{[2]に取り付けられた小さな羽根からなる}空力装置です。VGは、航空機の胴体や自動車などの航空力学的乗り物の一部に取り付けられることもあります。翼または体が空気に対して動いているとき、VGは渦を発生させます。 [ ^{1] [3]} これにより、翼面と接触している動きの遅い境界層の一部が除去され、局所的な流れの剥離と空気力学的失速が遅れ、それによってフラップ、エレベーター、エルロン、ラダーなどの翼や操縦面の効率が向上します。^[3]

渦発生器は、流れの剥離を遅らせるために最もよく使用されます。これを実現するために、多くの場合、車両^[4]や風力タービンブレードの外面に配置されます。航空機と風力タービンブレードの両方で、後縁の制御面上の気流を一定に保つために、通常、VGは翼の前縁に非常に近い場所に設置されます。 ^[3] VGは通常、長方形または三角形で、局所境界層とほぼ同じ高さで、通常は翼の最も厚い部分の近くで翼幅方向に走ります。^[1]多くの旅客機の翼と垂直尾翼にVGが見られます。

渦発生器は、局所的な気流に対して迎え角を持つように斜めに配置され^[1]、先端渦を発生させます。先端渦は、表面と接触している低速で移動する境界層に、エネルギーの高い急速に移動する外気を引き込みます。乱流境界層は層流境界層よりも剥離しにくいため、後縁制御面の有効性を確保するのに望ましいものです。渦発生器は、この遷移をトリガーするために使用されます。ボルティロン、前縁延長部、前縁カフなどの他のデバイス^[5]も、境界層に再エネルギーを与えることで、高迎え角での流れの剥離を遅らせます。^{[1] [3]}

VG を使用する航空機の例としては、ST エアロスペース A-4SU スーパー スカイホークやシンフォニー SA-160などがあります。後退翼遷音速設計の場合、VG は衝撃失速の問題の可能性を軽減します (例:ハリアー、ブラックバーン バッカニア、グロスター ジャベリン)。

多くの航空機は製造時からベーン・ボルテックス・ジェネレーターを搭載しているが、一部の軽飛行機のSTOL性能を向上させるVGキットを販売するアフターマーケットサプライヤーもある。 ^[6] アフターマーケットサプライヤーは、(i)VGは失速速度を下げ、離着陸速度を低下させ、(ii)VGはエルロン、エレベーター、ラダーの有効性を高め、低速での操縦性と安全性を向上させると主張している。^[7]自作キットプレーンや実験用キットプレーンの場合、VGは安価で費用対効果が高く、すぐに取り付けることができるが、認証された航空機への取り付けの場合、認証コストが高くなる可能性があり、改造は比較的高価なプロセスとなる。^{[6] [8]}

オーナーがアフターマーケットのVGを取り付けるのは、主に低速での利点を得るためですが、欠点としては、そのようなVGは巡航速度をわずかに低下させる可能性があることです。セスナ182とパイパーPA-28-235チェロキーで行われたテストでは、独立したレビュー担当者が巡航速度が1.5〜2.0 kn（2.8〜3.7 km / h）低下したと記録しています。ただし、これらの低下は比較的軽微です。高速での航空機の翼の迎え角は小さく、VGの抗力は最小限に抑えられるためです。^{[8] [9] [10]}

所有者は、地上では滑らかな翼よりもVGの翼面から雪や氷を取り除くのが難しいと報告しているが、VGは気流の境界層内にあるため、飛行中に氷が付着することはあまりない。VGには鋭いエッジがあり、機体カバーの生地を破る可能性があるため、特別なカバーを製作する必要がある。^{[8] [9] [10]}

双発機の場合、VGは単発制御速度（Vmca）を低下させ、ゼロ燃料と総重量を増加させ、エルロンとラダーの効率を改善し、乱気流での乗り心地を向上させ、航空機をより安定した計器プラットフォームにする、とメーカーは主張している。^[6]

軽量双発機用のVGキットの中には、最大離陸重量を増加できるものがある。^[6] 双発機の最大離陸重量は、構造要件と単発上昇性能要件（失速速度が低いほど低くなる）によって決まる。多くの軽量双発機では、構造要件ではなく単発上昇性能要件によって最大重量が低く決まる。したがって、単発不作動時の上昇性能を向上させるためにできることはすべて、最大離陸重量の増加をもたらすことになる。^[8]

米国では1945年^{[11]から1991年[12]}まで、 最大離陸重量が6,000ポンド(2,700kg)以下の多発エンジン飛行機に対する片発エンジン不作動時の上昇要件は次のとおりでした。

失速速度が時速 70 マイルを超えるすべての多発エンジン飛行機は、重要なエンジンが停止し、残りのエンジンが最大連続出力以下で作動し、停止したプロペラが最小抗力位置にあり、着陸装置が格納され、翼フラップが最も好ましい位置にある状態で、高度 5,000 フィートで少なくとも毎分フィートの安定した上昇率を維持する必要があります。${\displaystyle V_{s0}}$${\displaystyle 0.02(V_{s0})^{2}}$

着陸形態での失速速度はマイル/ 時です。${\displaystyle V_{s0}}$

渦流発生器の設置により、通常、飛行機の失速速度がわずかに低下し^[4]、その結果、片発エンジン不作動時の上昇性能の要件が軽減されます。上昇性能要件が軽減されると、少なくとも構造要件で許可されている最大重量まで、最大離陸重量を増やすことができます。^{[8]構造要件で許可されている最大重量の増加は、通常、}最大ゼロ燃料重量 を指定するか、最大ゼロ燃料重量が飛行機の制限の 1 つとして既に指定されている場合は、新しいより高い最大ゼロ燃料重量を指定することによって達成できます。^[8] これらの理由から、多くの軽量双発飛行機の渦流発生器キットには、最大ゼロ燃料重量の減少と最大離陸重量の増加が伴います。^[8]

片方のエンジンが作動していないときの上昇率の要件は単発エンジンの飛行機には適用されないため、最大離陸重量の増加（失速速度または構造上の考慮に基づく）は、1945～1991 年の双発エンジンの飛行機に比べてそれほど大きくありません。

1991年以降、米国の耐空証明要件では、片発エンジン不作動時の上昇要件を失速速度とは無関係な勾配として規定しているため、修正第23-42号以降のFAR23を認証基準とする多発エンジン航空機では、渦発生器によって最大離陸重量を増加させる機会が少なくなっています。^[12]

ほとんどの軽飛行機の着陸重量は失速速度ではなく構造上の考慮事項によって決定されるため、ほとんどのVGキットは離陸重量のみを増加させ、着陸重量は増加させません。着陸重量が増加すると、構造変更を行うか、より高い着陸重量で航空機を再テストして、認証要件が満たされていることを証明する必要があります。 ^[8] ただし、長時間の飛行の後には十分な燃料が使用され、航空機が許可された最大着陸重量を下回る場合があります。

エアバスA320ファミリーの航空機の翼下側には、燃料タンクの円形圧力均等化通気口を通る気流によって発生する騒音を低減するために渦発生器が使用されている。ルフトハンザ航空は、これにより最大2dBの騒音低減が達成できると主張している。^[13]

• タービュレーター
• 境界層吸引
• 境界層制御
• 循環制御翼

ウィキメディア・コモンズには、渦発生器に関連するメディアがあります。

• ボルテックス ジェネレーター: 50 年間のパフォーマンス上の利点、VG の歴史