輝下閣「．L生

訓〕2

産

研究

ヨットの帆の風洞實験
元良誠三（船舶）

7月ともなるとヨットのシーズンであつて，海には帆に騙々と風をはらんだヨットが輕快に走つているのが見うけられる．ヨッ

トぱどうLて走るか，性能のよい帆はどのような帆か，ということを風潤で行つた資瞼の結果によつでここに紹介Lたい．
賞験中のヨットの帆

人類が船の推進力として風の力すなわち帆を利用するの問題があつて定量的には未だ決定的な結論を下しえな

ようになつたのは紀元前約6，000年頃からであるといわい状態であるがここにその成果概略を述べて讃者諸賢のれ，一時は数本のマストに敷段の帆を張つて太洋を踏御批判を仰ぎたいと思うのである．

する互大な帆鉛が海を歴したのである．

最近は機關の璽達とともに帆船はだんだん實用面からは姿を浦し，漁船のよ5にエンヂソを持たないものある

1．帆走理鵠

風が後から吹けば帆船はその抵抗で前に進むのは當然

いはエンヂyの音で魚を逃がすと具合の悪いものに實用であつて，帆船とは後ろから風を受けて走るものである

される外はほとんどスボ戸ツ用のヨットとしてもつばらと考えている人が案外に多いのであるが，實際はこのよ現在は使われている．

うな場各すなわち追手で走ることよりもむしろ横または瀟々と全帆に澱風をはらみつS輕快に走るヨットはま

迎風で走ることのさにサソマースポーツの華であろう．職雪申一時艘れていたヲット競按も繊後各大學および實業團のヨット部方が多いのであつ圃て，特に風に向つの復活とともにおいおい盛んになりつつあることは喜ばて何度までさかのぼれるかというこしい限りである．

いままで帆について學間的な研究は主としてドイツで行われ，その一例をとるとユソカー激授が行つた實瞼で第1岡とがヨッbの性能上大切なのである．（第！圖）

は錫阪を帆の形に切つて種々の形の帆の優劣を判定した

ヨットが風に向つて走れるとい5のは帆の揚力作用にものと，帆のふくらみ（これをアFチソグという）を種々基いており，從つて帆は揚力を生ずる翼としての高性能｝こ攣えて，それぞれの特性を調べたものでいずれも風洞を要求されるわけである．

において實瞼されたものである．したがつてこれらの實第2圖において，風が艇膿とaなる角度で當ると，帆が一つの翼として㈱し，会力として（揚力抗力の〕験より帆の形をどのように選定すべきかというようなことが剣定されるのである．しかし，實際ヨットが走る際には軍に一枚の板に風が或る迎角で當るという簡輩な問
題でなくて風の方向と艇睦の方向によつて種々の姿勢の組合せが生じてくるのであつて，そのあらゆる姿勢におdける帆の性質を知らなければ，その帆が艇瞳に適合して

腿＿⊥麹史埜皐

いるかどうかという優劣の判定は下せないわけである。

轡坊向筆者はできるだけ實際航走時に取るような姿勢で風洞賞瞼を行つて見ようと思い，昭和22年から23年にわ、Nたつて實験を行つて，一踵定性的には結果をえたのであるが，相似則の問題や模型の材質，海面の風速の分布等

18第2園

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Fなる方向の力を生ずる．このFを難中心線方向の分力Tとそれに直角な成分1＞とに分離する．このTが推力となり，Tが前向きであるかぎり艇ば前進するわけである，．もし室氣が理想流薩であるならば帆は揚力のみを生じその方向は風の方向に野し直角であるから，風の貫向を一寸でも外れれぽT：は前向となるのであるが蜜際は室氣の粘性によつて抵抗が生ずるのでT＞0となる限界のαは通常30°以上である，
一・方艇はNという垂直分力によつて横に流されよう乏する・．そこでヨットには第3圖のように水面Fに深く突きだしたフ・ソキe・・ルまたはセ纏一潔一トがあり覆iが横流れをすると水がこれ等の翼型に封して式迎角を以て當るために大きな揚力を生じるe一艇膿全部の抗力をも合はせるとこれが第2圖のFsの．ようになるこれを中心線方尚R、と垂直方向2＞sとに

この聞．β

第5圖はつね｝： m・in・ai1より藪鰍き欄く琵＼分離するとNsが2＞に封抗して横洗れを防ぎ瓦が推としてβのみを攣敷とし，縦傾斜角fi．：カTに塁｝して抵抗となる．一

略した．の

これ等のi姿i勢を自由にかつ迅速にとるために第5圖にコが働く弛帆の力Fと艇膿の水膣力Fsとのモ…メソト

礎すような枠を用い．測定した値より枠だけの力を引いが生ずる．よく設計された艇ではこの＝つがほとんど相て帆の力を求めたのであみ模型は蜜物の1／15とし，」殺してしまうが，通常これを舵の力によつて補うのであ布目の方向，縫目等も総て實物と岡様にした．布地はポ：で帆の性能としてあらゆる姿勢における推力Tと垂直寵力Nおよび力の着力融を求めるととポ必要となつてく

飛行機の翼のように固いものならば風速によつて形が一2，實験装置および模型

塁橡を6m級ヨット玄海號の帆とし，rプリソ，綿およびカソバスを用いて厚さを攣化して行つた．

3，帆の僥みφ影響，相似則の問題、ゐのである．

一mp化しないので，ある一定のVイノルヅ敷以上の範團でjibおよびmainsailを一緒た装置した場合について實験しfe．取吻うべき姿勢としては第4圖に示すよ5に，相封風向と鰹中心線のなす角．．．．，。α，ノは小さいので省

一方艇瞭には水懸力の合力による廻韓モP・・メソトMsる．かくしてヨヅトは一定方向に進むようになる．そこ

1

實験を行えぽ，その力の係敷をそのまま蜜物の係敷とし．て用いることができるのであるが，帆のようなものは風によつて擁みが違うためにある風速で行つた蜜験が賢物
ではどの嵐速だ相當するかということが間題となつてく

帆と風のなす角＿＿＿＿＿＿．．α一β，るのである．

血麟nsailと艇禮申心線あなす魚．．β，

そこでまず帆の擁みがどめよ5にして起るかを考えて｝．jibと艇盟中心線のなす角＿．．．．．＿．ff
艇の横傾斜角，．．．．，．．．．．．．．．。．．．．．．．．．．＿．θ
櫃の縦傾斜角．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．，．．，．e

一

みよう．いま布を固い枠に張つてこれに風を當てると周邊の形は攣化しないので布は糸目自燈ぶ廷びて長さを箋一じそれだけたるんで携みがでる．

19
藤続、轟声癌、曲，：。

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第6圖
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もし周團力鞘性的に麦持されてV；る場合には，周園が＼憂形し主としてその攣形によるたやみによつて布は携むわけで，この際は布自膿は全然伸縮しないものであつてもよいわけである．（b）

・・／

まだ周團が固い枠で支持されている場合でも，それらの闘の角度が墜化するとやはり擁み菱奮ずる．（c） ＼，蜜際帆の擁みはこれ等が重なり合つているとみるべきであろう．したがつて帆の樹塑相似則に爵いては曉みを代褒する因子た『とえば布の弾険牽とか索具の弾性率とかが入つぞくるわけである．これ等の問題を考えると，相似期は次ぎの2種が考えられる．
a）

三家元的相似の場合粘性に鍬する誤差をのぞくために窒幽速を上げるな『
らば，その二乗に比例して模型の布地の弾性牽を高めなければならないと炉うことになる．

b）二家元酌娼似

模型の形のみ實物と相似にし，布1穿の目の藪，糸の太さ或は布の摩さ等は相似にしないものをいう．
この場合にはヤング牽のように面積當りの弾性牽を取・・氣の粘性による誤差が多少入つてくる．

らず，軍位長さ當りの弾性牽を考えてこれをE一とするoと，Cauchyの相似則は一ひすなわち帆の模型を形，厚さ辱すべて實勃と相似に作α＝．』坐Eノりたものをいう．この場合室氣の粘性の影響を無覗すれば｝すなわち蜜験が一定のレイノルヅ歎の範園に入つていると考えるならば，風速と弾性の關係だけを考えればすなわちこの場合には，縮尺を小さくするなら，蜜験風
遽を上げるか，垢の揮性傘を小さくするかしなげればならぬ．後者は薄い布地を用いることを意昧する．

よいわけである．

り・いま帆の弾性の代表的なものとして，（實はこれは未知

隔また粘性に野する條件も満星せしめるには卑＝一定となる．．

である）布のヤyグ牽ともいうべきものを取れば
室氣密度

ρ

風v

蓬ヤソグ牽．E
りとして・c雛・筈一一定

ρy卿．t

一

いずれにしてもこの場合には1（a）と違つてEノを上げるためには材質を攣えなくとも布の厚みを攣えることにより調節できる利馳がある．

今度の實瞼で選んだのは（b）の方法であ惹と隔うCauchyの相似則が成立すればよいわけである．
ρは實物，一鯉共に等しいから，したがつてもしヤソグ

4，蜜牽の等しい布を用いるならば（これは布目の歎，糸の太蜜験は東京大學第一工學部の1・5m風調で行い．

さ，材質がすべて實物と相似なることを意味する）蜜物果

風と艇瞳のなす角．．．．．．．．．．．．＿．．．＿．．．＿α

乏膜型の風遽は等しくてよいことになる・、艇の横傾斜角＿＿＿＿＿．．，＿．．＿＿．砺

つぎに塞氣の粘性を考えると

翻灘讐細｝・L・V−C，瞼結帆の艇燈申心に甥する開き角＿．＿＿．βを種々に攣化せしめて行い，第7圖のように揚力，抗かを求め，ζれより船騰中心線方向の推力を求め，さらに砂ン＝ヨ＝ 一定推力係数

一σ三≧い5Reynoldsの相似則が成立しなければならない
したがつ七實物より1が小さければv・1が一定になる

T雪∴
pAv2

T，∵……………・…，……・∵・・，…・；・権力

ように風速を上げなければならな辱この；つの條件をρ．．．．．．．．．．．．．．．∴．．．。．．．．．．．。。．曹．；．．．∫．．．．轍度i完全に滞足せしめるためには、・A−∴・・…・−r，・∵…一：・・……………r…・・帆圃積

夢一一定．

v……………一・＿……＿…・，＿．風遽・を計算しfg．

29
曳均
ノsl・．謙譲

『甲π亨． F雪305

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保数．426グ
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1縦3ﾙ．
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第IU圃
態について實験した．その結果を全部のせることは紙面の都合上できないので，その代表的なものを第8圖，第第7圏

g圖，第10圖に示す．

模型の縮尺は1／工5で實融風速は13m／secでありこれを第8圓は詰開き附近であつて，推力正の部分が前進可

前節（b）の方法で換算すると，實物では約5m／secの風能の範園である．これより見て，艇が傾かない方が利き速に相當する．ただし粘性による誤差が多少入つているがよいとい5ことになる．

第9圖はWindわけである．

1）種々の姿勢に劃する憧能

風と艇のなす角eaをabamの状態である．

第10圖は邉風の場合でいわゆる追手を帆にうけての20 〜1309迄10種類．おのおののeaにつきehを5種類．上記の組含せにつきさらにβを5種類，計約25D状状態で最も推力が大きい．ただし相封風速をとると．艇速が大きくなると風速が小さくなるので追手では當然風よCT＋a？ り速くは走れないのに反して20レ

推購から風慢ける時は風速が力砂騨じない紡継猷きくな

oると有利になつてくる．最大鷺

船速は通常Windabtarnのときにえられるのである．
2．風向と推力の闘係帆の開き角を一定にし，風と艇膣のなす角度を愛化させると第8國第11団のよ5にあるところで山を生ずる
7曲線となる．

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3推

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力保赦

帆の開き角や艇の傾保きを壁化させるとそれ
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ぞれに封懸する曲線がすこしつつずれてでて

07 くる．

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その包終線をとれば966

第12圖のよ5になり
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これがその帆の出し5る最大鑑力の曲壕となる．

第9圏

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第12圖でgoeの近
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3：1位が最大であろ七，大睡詰開き齢近でえられ⑤まるが，これは小迎、た，最大揚力係籔は約O．5であ今（，大醗迎角6◎°〜90°、角では主として帆でえられる．の揚力か推力に寄與しているが迎角

まいずれも固定翼型にくらダて格段に性能が低いがこPt
は薄い布で作つてある謡， 重量の鮎等を考えると止むをが大きくなるとジ得ないととであろう．

攣罐難錨4）詰開き角．

艇添風に鍔して何度まで切上ることがのbUする．それより迎できるかということは，性能上非常に大切なことである．帆の推力と艇禮に封する風の漣角との開係を示すと

ピ角が増加して90°簾13圖のよ5にく

Nをこえると今度はなる．第13圖で推推抗力が擢力に役立推力が0となつてつてきて推力が塘NS，るところが詰開数数第11団加するからである∴、

3）揚航比および最X揚力係敷係き角である．

餌質験では大髄餌03

翻鯉囎

帆も一種の翼であり，揚抗比の高い

25°〜30° Qえられ・0．2
η2た・これは相封風0・1〃詰園

1なき角、無賠鞭砺膿加ものほど風上に切

噸カ」泌壊小fi地tVtrm場創

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向に野するものであるから，艇の速魂物゜

琿

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上るごとができる度を考えると蜜際ので，この揚抗比の風晦きはもつと大きな角度になるわけである・

あ大ノNま帆の性能

t第13圓

この蜜瞼による角度は相似則の闘係等で絶封的にはそ

鋼定上大切な因子

磁名：騨L塑痢醐一αである．大瞳實験のまま信用できないが，比較實瞼により，どの帆は詰開き角が小さいということは求められるわけである・に用いた帆の形では揚九抗力が，第12圖ボンプ作用に關する
一、般論と澄ソプの系列に關する考察
宮津純（機M）｝

る．

ウエスコポンプを例にとる．とれは粘力ポンプの驕勧颪に突起をつけた構邉のものであつe，突起の回韓によつて流髄は凱されながら引きずられ，構澄に慮じて副衣の流れも誘導する．
i突起を（1）爲しれ装i置とみる揚合には鳳れ摩i擦審ゾプ

流髄に外部から與えるエネルギと，途中で失うエネとして特聴求めること拠嚢・（2）蹴淋を騨・ルギとの差が，ポンプの水仕事になることはいうまで＄ない．エネルギの輿え方には（1）外力の作用によるする装置とみたり，歯車ボンプの歯のような輪蓬箱とみれば，摩擦によらないものとしての特性が考えられる．（3）また上のものの聯成作用としての特性も考え亀の（2）エネルギを持つ流髄を作用さeるもの（3）流髄摩擦の作用によるものがある・（1）の例には歯車ポンプ（2）の例にはジェツト深ンプがあり（3）に摩擦ポられる・、この潔ンプの特性が（1）によつてあらわされるこ（1）または（2）に馬するものも副次作用として摩擦とはいまま竜にわかつている．．しかし概れの内容ぶ宋知であるためにそii．を（3）と解繹する像地もある．の影響をまぬがれることは困難であb，（3）に燭する
ものには（1）または（2）の加わる易合がある．ときに突起によつて歯車ポンプのような輪邊作用渉加わるとみて，それと粘力作用とNの聯威された特性輩求めるンプである．

はその何れが主であるか判定しにくい揚合もある．と，ウエスコポンプの特性として妥當なものぶえられボンプに限らず一般に流髄機械を，作用の上からる．よつてこれが粘力潔ンプと歯車濯ンプとの中闘の（3）とそれ以外の ものとをむすぶ系列において考え，特定の機機についてはその双方から考察をすすある e位置を占め．るとみるのも一一つの見方となる．雨者のいとにすれば，特性の推定を行うにも改良の方針をたてるにも，種々の手掛りをうるζとができると患われずれに近いかというごと，および他の解繹にょるものと比ぺてい舞がetesで6耀・朽ことは，膚鋤ポ・實際に近いかによつて判定される．（1950・4・28）

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