閲覧ありがとうございます。

今度、物理の実験でペットボトルロケットを製作することになりました。

機体は2Lペットボトル
先端に重りをつけ、発砲スチロールを削り、取り付け、
翼はアクリル板を使いたいと思います。

そこで質問なんですが、ロケットが安定して飛ぶには

どのくらいの大きさの翼tを何枚つければいいのか?
機体のどのあたりに取りつければいいのか?

アドバイスお願いします。


また、厳密に考えれば、これだけの情報では回答できないという方は、安定した飛行と翼にはどういった物理的要素が必要なのかアドバイスお願いします。

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A 回答 (2件)

翼は横風が吹いた時に、機尾を風下に 機首を風上に向けて


飛行を安定させる(風下側に流させない)ために取り付けます。
なので、てこの原理で 飛行機の尾翼と同じく 重心からなるべく離した方が有利です。
つまりは なるべく機尾の側につけた方がいいわけです。

また、物体は重心を中心にして回転するため、
横風が吹いた時に受ける力の中心(空圧中心)が、重心より機尾側にないとけいません。
逆なら風下に向かって飛行するため、途中で風向きがコロコロ変われば、不安定な飛行になります。
翼の面積が小さすぎると 十分に風を受けてくれませんが、
大きくしすぎると 機尾側の重量が増えるため、飛行が不安定になり、注意が必要です。

横風がどの方向から吹くかはわからないので、全方位から均等に力を受けるよう、翼は等間隔に取り付けるべきです。
2枚では1方向からの風しか受けられないので、最低3枚は必要です。
翼の位置をどのように決めるのかは判りませんが、目視であれば4枚がやりやすいと思います。

ただ、あえて言わせていただけるなら、
飛ばすことそのものではなく、あくまで実験が目的なので、
複数作れるのなら(1機だけでも同級生と示し合わせて)
翼の形状を色々変えたり、
翼の枚数を0枚、3枚、4枚、5枚……と変えてみて、
飛び方を比較してみるのも面白いかもしれません。
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 市販のペットボトルロケットでは3枚付いています。

でも実験でしたら、何枚が有効なのかいくつか作って飛ばした方が実験になるのでは?
 一番安定するのはバランスですから、羽が曲がっていたりすれば、安定しませんし。
 後は実際に飛んでいるロケットを見ることですね。固体燃料ロケットあたりが参考になると思いますよ。
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雑学王」8月5日放送分で「15年前にカヌーの救助用に自分達で考案
した」と言ってました。

テレビ朝日 クイズ雑学王 HP (おさらい・8/5・第三問)
http://www.tv-asahi.co.jp/zatsugaku/index.html

日本ペットボトルクラフト協会
http://pcaj-i.jp/

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毎回、揺れたり離陸時に翼が折れたり曲がったりしないかが不安です。
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よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

>(1)翼だけが浮こうとして機体は重力で引っ張られ、翼の付け根に負担はかからないのでしょうか?

構造上 (片持ち梁) 負担は全て翼の付け根にかかります。 
それを承知の上で、綿密な構造計算がなされ、設計製作されています。

>(2)溶接で翼と一体型にする事で…

旅客機は、翼と胴体を溶接で止めるようなことはいたしません。 一見溶接の方が強度があるように感じられるかもしれませんが、胴体の外板は薄くて強度がありませんので、溶接という方法はとれませんし、整備上でも大きな問題が発生することなのです。
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>毎回、揺れたり離陸時に翼が折れたり曲がったりしないかが不安です。

その気持ち分からないでもないのですが、杞憂です。
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この瞬間でも、世界中で数知れない航空機が飛んでいます。 心配されるようなことは絶対にないと言えるほどの安全性です。 
飛行機に乗る限り、無用の心配をされずに、例えば、離陸時に翼が上方に撓り、あるいは気流などで翼端が上下するのを見ることがあるでしょうが、その時には、翼が撓んで揺れを弱めてくれてるんだな、などとポジティブに考えられ、フライトを楽しまれた方が、体の力が抜けて飛行機酔いなども防げ、得策だと思います。 心配するだけ損です。

決して心配なさるような航空機は製造されていませんので安心して搭乗してください。

>(1)翼だけが浮こうとして機体は重力で引っ張られ、翼の付け根に負担はかからないのでしょうか?

構造上 (片持ち梁) 負担は全て翼の付け根にかかります。 
それを承知の上で、綿密な構造計算がなされ、設計製作されています。

>(2)溶接で翼と一体型にする事で…

旅客機は、翼と胴体を溶接で止めるようなことはいたしません。 一見溶接の方が強度があるように感じられるかもしれませんが、胴体の外板は薄くて強度がありませんので、溶接という方法はとれませんし、整備上でも大きな問題が発生することな...続きを読む

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実は、私はペットボトルの金型製作に携わった事があるのですが、
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ペットボトルロケットを作りましてさっそく明日大阪で飛ばしたいと思ったのですが、いざ飛ばせる場所を考えるとなかなか難しく、どなたかアドバイスいただければありがたいです。
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No.3の者です。
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fortranでペットボトルロケットの軌道計算をしています。
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e=1000
S=0.0006
m=0.055
P0=100000
L=0.002
Ps=600000
Vs=0.0008

P=600000.0
V=0.0008
a=0.0
d=0.0
h=0.0
dt=0.01
t=0.0

write(6,600)P,V,a,d,h,t
600 format(4f10.4)

do i=1,10000
if(V>0)then
w=(2*(P-P0)/e)**(1/2)
else
w=0
end if
Mm=m+e*v
V=V-w*S*dt
a=a+e*S*w*w/Mm
d=d+a*dt
h=h+d*dt
P=Ps*(L-Vs)/(L-V)
t=t+dt
write(6,600)P,V,a,d,h,t
enddo
end

fortranでペットボトルロケットの軌道計算をしています。
コンパイルは問題ないのですが、正しい数値が出てきません。
なぜなのか教えてください。

e=1000
S=0.0006
m=0.055
P0=100000
L=0.002
Ps=600000
Vs=0.0008

P=600000.0
V=0.0008
a=0.0
d=0.0
h=0.0
dt=0.01
t=0.0

write(6,600)P,V,a,d,h,t
600 format(4f10.4)

do i=1,10000
if(V>0)then
w=(2*(P-P0)/e)*...続きを読む

Aベストアンサー

各文字が何を表しているのか
どういう微分方程式を解こうとしているのか
「正しい数値が出ない」とは具体的にどういう結果が出力されたという意味か
みたいな事を貴方の書いたプログラムだけから推測するクイズを解く気にはなれないので、クイズを解かずにわかる範囲の事しか書けませんが、


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>a=a+e*S*w*w/Mm
>d=d+a*dt
>h=h+d*dt
この部分の計算の順番はこれで正しいですか?
例えば、hの式にあるdはその直面で計算したdの値(多分、次の時刻での値)が使われます。

Qペットボトルロケット

こんばんは!中学三年生の男子です。
今、学校の選択授業でペットボトルロケットを作ろうとしています!
あまりお金をかけたくないのですが何かいい案はありませんか!
回答の方をよろしくお願いします・・・・

Aベストアンサー

市販の「ペットボトルロケット用キット」のような物を使う必要はありません。

1・処分される寸前の自転車タイヤから入手した空気入れ部分
2・植木屋さんで入手した散水用パーツ
3・市販の木材で打ち上げ台は手作り

基本はこれだけです。
「1」と「3」と、「2」の一部は発射台に使いますので、発射台は一度に発車したい数だけあれば良し。必ずしも実験者の人数分を用意する必要はありません。

「1」は近所の自転車屋さんに相談して、無料か格安で譲って貰う方法があります。


詳細は、様々なペットボトルロケットを特集した書籍が出ていますので、そちらを参考にしてみてください。

Q後退翼の翼端失速について

お世話になります。

後退翼は翼端から失速が起こりますが、
理由に工学の本には、
気流が翼端方向に流れ、翼端部の境界層が厚くなるため
翼端から失速すると書いてあります。
(他の理由、例えばテーパーとかはこの場合考えないとして)

境界層が厚くなるということは、
「層流境界層より乱流境界層の方が厚いため、」
翼端部が乱流境界層になると考えて、
より剥離しにくくなると思ってしまうのですが、
(ボルティックジェネレータとか...)

どこの理解に問題があるのでしょうか?
そもそもとんちんかんな質問なのかもしれませんが、
どなたかどうぞご教授下さい。

Aベストアンサー

皆の回答文が纏まっていないので、質問者様は混乱をきたしていることと思います。
ここで質問を整理しましょう。

>気流が翼端方向に流れ、翼端部の境界層が厚くなるため翼端から失速する
しかし、
>境界層が厚くなるということは、翼端部が乱流境界層になると考えて、より剥離しにくくなると思ってしまうのですが
ここで質問が途切れています。 続きを補足すると
 “したがって、「翼端から失速する」と矛盾する”
と考えてよいのですね? つまり、
 1.後退翼では気流が翼端方向に流れる
 2.翼端部の境界層が厚くなる
 3.翼端部が乱流境界層になる
 4.より剥離しにくくなる
 5.翼端から失速すると矛盾する
ですね。

個々に考えていきましょう。
1.後退翼では気流が翼端方向に流れる  これについては問題ないようです。
2.翼端部の境界層が厚くなる  これについても異論はないようです。
3.翼端部が乱流境界層になる
理由:>「層流境界層より乱流境界層の方が厚いため、」翼端部が乱流境界層になる

No.1さまの「境界層が厚くなる = 境界層遷移して乱流になる」あるいは「厚い境界層 = 必ず乱流境界層」ではない。
と言われているように境界層の厚みと境界層遷移または乱流境界層とは直接的に関係はありません。

境界層とは、簡単にいえば、流体に粘性があれば物体に接しているところの流速はゼロで物体から離れるに従って流速は増加していきついには自由流体の速さと一致します。(自由流速と呼ぶことにします)
物体に一番近い自由流速面から物体の表面までを境界層と呼びます。

流れに平行な平板上面での流れを見ますと境界層は物体の先端がゼロで流れの後ろに行く程厚くなります。
自由流速(= 機速)が遅い場合は、流体同士の運動量の交換が少なく安定していますので、境界層内部の流れは厚みが極端に厚くならない限り(通常境界層の厚みは流れの方向に沿った物体の長さに関係します)規則正しさを保てます。 層流境界層です。

流速が増すにつれ、流体の慣性力が強くなり、粘性で物体表面にくっついた流体との流速差が大きくなり、やがて、境界層の中で渦を伴って境界層の厚さを増しながら物体表面付近の流れとの間で運動量の交換が盛んになり、乱流境界層への遷移が起き、剥離もし難くなってきます。 乱流境界層です。 

乱流境界層への遷移は、マッハ数(流体の相対速度と音速(絶対温度と気圧の平方根に比例して変化 = 求めやすい)との比:数値が単純なため(無次元数)ノットなどの速度単位の値を使用する代わりにマッハ数が使われます)と流れの方向に沿った物体の長さ(気流方向の翼弦長)と空気の動粘度(or動粘性係数)に依存します。 
この3っつの値を使った関数であるレイノズル数は層流境界層であるか乱流境界層であるかの判断にも使われます。

4.より剥離しにくくなる
乱流境界層の方が層流境界層より剥離し難いというのは、上の説明である程度はお分かりだと思います。

5.翼端から失速すると矛盾する
境界層剥離(層流境界層、乱流境界層の区別はありません)は、翼端であるなどの条件は入れないで考慮します。
一定流速中の有弦長の平板(翼)の迎え角を徐々に増していきますと、流体は慣性で自由流と同じ流れを維持しようとしますが、流体の粘性が流体を平板(翼)に吸いつけよう(剥離をしないよう)と働きます。 
やがて、境界層が厚くなるにつれ、自由流付近の境界層の一部が縦方向の渦となって、平板(翼)後縁付近で境界層の下に潜り込むような動きをし、ついには、平板(翼)後縁の境界層を剥離させ始めます。

更に、迎え角を増していくと、自由流と平板(翼)の方向との角度が大きくなり(慣性力>>粘性による吸着力)が剥離部分は平板(翼)前縁の方に進んでき、揚力を極端に減少させ、失速させます。
翼端では他の部分より元々境界層が厚いので、それだけでも一番先に境界層剥離 → 失速という図式を取るのは理解できることでしょう。

機速が遅い場合は、層流境界層剥離 → 失速、速い場合は、乱流境界層剥離 → 失速となります。
ジェット機の失速には、他に気流の部分的に発生する音速の衝撃波によるもの、高高度飛行による、空気密度低下によるもの等々があります。

>層流境界層であろうが乱流境界層であろうが境界層が厚くなるということは、それだけ上下面の圧力差が大きくなっているため失速しやすくなる。
「上下面の圧力差が大きくなっているため」… 違います。そんなこと言っていません。 

5.翼端から失速すると矛盾する
上記の通り、層流境界層、乱流境界層の生成過程、境界層剥離 → 失速への移行と境界層の厚さ、などを考慮し検討すれば、同一ケースで、ただ単に「翼端の境界層が厚い = 乱流境界層 ⇒ より剥離しにくくなる ⇒ 矛盾する」という考察過程のどこが間違っているのかは容易に判断できることだと思います。

>ところで揚力の発生原理は、後付の理由と言われるベルヌーイの定理
から翼上下面の静圧の圧力差で生まれるようですが
完全流体の場合ベルヌーイの定理でほとんど説明できますが、実際はもっと複雑で、完全に解明できた理論は存在していないようです。 翼循環理論、平板理論...。

>回答を読んでいくと、揚力は境界層の差から発生すると書かれていることに気づきました。
違います。 そんなことは書いていません。

その他は、字数の関係でかなりはしょってあります。 詳しくは、ご自分で...。

皆の回答文が纏まっていないので、質問者様は混乱をきたしていることと思います。
ここで質問を整理しましょう。

>気流が翼端方向に流れ、翼端部の境界層が厚くなるため翼端から失速する
しかし、
>境界層が厚くなるということは、翼端部が乱流境界層になると考えて、より剥離しにくくなると思ってしまうのですが
ここで質問が途切れています。 続きを補足すると
 “したがって、「翼端から失速する」と矛盾する”
と考えてよいのですね? つまり、
 1.後退翼では気流が翼端方向に流れる
 2.翼端...続きを読む

Qペットボトルロケット自作について

ペットボトルロケット自作についてです。
この写真の接着剤はどの接着剤がいいのでしょうか?
エポキシやゼリー状ではなく、商品名で教えてくださると助かります。
詳しい方、実際に自作した方、ご回答よろしくお願いします。

Aベストアンサー

画像の接着剤は一般的なシアノアクリレート系の瞬間接着剤ですが、
ペットボトルの場合素材の関係上、瞬間接着剤もエポキシ系の接着剤も
使えないと思いますが。

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Q翼の理論、翼が受ける力について

今、流体力学を習っています。完全流体中における翼の理論についてよく分からない点があるので質問させていただきます。

完全流体中に薄い平板があり、その平板が一様流速Uに対して迎角αで置かれています。この平板が受ける力は流れ場の複素速度ポテンシャルとジュコーフスキー変換、ブラジウスの公式を用いると結果として、

Fx-iFy=-iρUΓexp(-iα)
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となり、この力の合力を考えると大きさがρUΓ、向きが一様流に対して垂直になると教わりました。

以上のことから、
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回答よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

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