凧の話

凧は何故仰角が大きいか?

凧は長方形が標準的です

揚力中心は、平板翼と同様上から25%の位置になります。
糸目の中心はそれより少し下の30%ぐらいの位置にします。
重力中心は上から50%の真ん中あたりです。

これで釣り合いの関係が確保されるのは、図で考えるとわかるでしょう。

飛行機と違って重心がずいぶん後ろですね。重心と糸目中心とを入れ替えることによって、飛行機の場合の迎角に関する議論がすっかり凧にも成立することになります。その結果、水平尾翼を持たない持たないこれまでの凧はおおきい仰角(失速の状態)で揚げることになります。

飛行機の場合、重心が揚力中心の前にありノーズヘビーですが、水平尾翼で下向きの揚力を発生させ、仰角を変えて、モーメントを制御し、縦の安定性を高めています。

これに対して、バイオカイトには、凧の面の後部ないし前方に水平尾翼ないしカナードの役割をするものが設けれれているので、失速することなく小さい仰角になり、風にほぼ垂直の力を受けてあがる

新羅凧
中心に大きな穴を穿ち日月星辰を象どる図柄を持つ朝鮮の凧
地表との角度は45度を越える。とりたちが羽で空気の層を搏つこと、それによって前進することを「羽搏く」という。

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丸亀の京極だるま凧
江戸時代に凧が流行った。讃岐丸亀藩の京極さんはだるま凧です。
乗馬、相撲、釣りなどと同様、武士も楽しんだという。
江戸の藩屋敷は虎ノ門の琴平あたりにあり、愛宕山の階段を馬で駆け上がった馬垣平九郎は有名になったとか。

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凧に働く力の計算

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参考
http://kitemech.blogspot.jp/2014/11/blog-post_22.html?m=1

揚力の見積もり
揚力を計算する式は、以下のように与えられる。

L=1/2 ρV^2 S CL

ρは空気密度なので、高度ゼロではおよそ1.3、CLは揚力係数であり0.1~1.4程度になる。凧はテザーによって地上と係留されるから、実際には揚力だけでなく抗力も上昇に寄与する。とはいえ、仰角45度を上回って上昇させることを目論む凧においては揚力だけをとりあえず考えよう。

ρ=1.3, V=1, CL=1,S=1とすると、L=0.65[N]=66gfとなる。
1m/secで重力を上回る揚力を生み出そうとすると、1平方メートルあたり66gより軽いくらいに作る必要があるということだ。風速が2m/secだとすると、揚力は4倍になるから、252gくらいが閾値ということになる。

現実には揚力係数は迎角を浅くすれば1を下回ることも多いし、そもそもつり合いの位置ではテザーの仰角が0になってしまうので、せめて抗力の二倍くらい余計に揚力をかせがないと凧らしくはあがらない。そんなわけで、上の式で概算は数割厳しめに評価すべきだということになる。

凧の糸目と揚力、抗力

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