最難関‼【ドローン検定1級】資格取得｜流体工学

ドローン検定2級を取得しました。この勢いでドローン検定1級目指します。
とは言っても、2021年5月現在この【ドローン検定1級】を取得するメリットはありません。
強いて言うのであれば、「ドローン検定公式サイトへの記載」と「自己満足」ぐらいでしょう。
それなのにどうして「ドローン検定1級」を取得しようとしているのかというと、80%は「自己満足」です。20%は来年から始まる「無人航空機の操縦ライセンス制度」に伴い、私が目指しているインストラクターに必要な知識を学ぶためです。必要となることを信じ学習していきます。
ここでは、ドローン検定1級の【流体工学】をなるべく丁寧に記載させていただきます。少しでも参考になればうれしいです。

ドローン検定1級【流体工学】についてのTRYはこちら

流体の特徴

物質は、「固体」「液体」「気体」の3つの状態をとります。そのうち「固体」以外の「液体」「気体」（水や油、空気）の流動性を持つものを【流体】と呼びます。

粘性

水の入ったコップをかき混ぜると、その水は流れを生じます。(水が流動性を持ち流体となったと言えます)
その水(流体)は時間の経過とともに流れは弱まり、やがて静止します。
これは水に【粘性】(粘りけ)があるためです。
粘性のない流体を【非粘性流体】と呼びます。但し現実的には【非粘性流体】は存在しません。
【粘度】【粘度係数】の単位は【Pa・s】(パスカル秒)と表現されます。

動粘度

流体について考えるときに、その物質の粘度だけでなく【密度】も考える必要があります。
その粘度を密度で割った数値を【動粘度】と呼び、その流体の流れやすさの数値となります。
【動粘度】の数値が高いほど流体は流れやすい状態と言えます。

試験では公式を使った過去問は(2021年3月現在)ないようですので覚える必要はありません。

テキストの例にあるように水と空気を比べた場合、空気の方が動粘度が高い(流れやすい流体)ということは覚えておきましょう。

イメージとして空気の方が

流れやすいですよね。

圧縮性

さて突然ですが、大きな注射器のようなピストンを思い浮かべてください。先端はふさいでください。
【空気】を入れてピストンを押し込みます。結構な力が必要ですが圧縮することができます。
次に【水】を入れて押し込みます。まったく動かないでしょう。このことから、

※水も条件次第で【圧縮性流体】として取り扱う場合もあるようですがここでは省いてもよいでしょう。

境界層

ここでは、ホースを使って水を流してみましょう。
蛇口を開けると、ホースの出口から水が出てくる見慣れた光景ですよね。
しかし、ホース内部の一番外側(管壁近傍)では摩擦を受け水の流れはゼロになっているのです。
この管壁近傍を【境界層】と呼び、中央に向かって流体の速度(流速)は速くなっていきます。

層流と乱流

粘性流体は、規則正しく流れる【層流】と乱れて流れる【乱流】があります。
ここでは、それぞれの特徴を説明していきます。

層流

層流は、流体の流れを表す【流線】が流れを制限する壁(ホースであれば内側の壁)に対して常に平行である状態をいいます。

乱流

乱流は、大小様々な渦(ボルテックス)が流れの中に生じて、流線が平行でなく様々な方向に向いている状態です。
流体の速度(流速)が速くなると、乱流になる傾向があります。

レイノルズ数

層流と乱流の堺ははっきりしませんが【レイノルズ数】を基準に区分けされています。

突然ですが、一般的な蛇口を想像してください。
蛇口を回し徐々に水を出していきます。始めのうちはキレイな長細い水が流れていくでしょう。さらに水量を増やしていくと水は形を乱しドバドバ流れていきます。
このきれいな状態が【層流】で、ドバドバの状態が【乱流】です。
さらに、何度か同じことを行ってください。ドバドバの乱流になる水量が一定でないことに気が付くでしょうか。
水量が小さくても乱流になったり、水量を大きく出しても層流のままだったりします。
両方が混在する領域を【限界レイノルズ数】(臨界レイノルズ数)と呼びます。

限界レイノルズ数は、

約2300～4000と言われています。

上の式から【レイノルズ数】とその他の事象についての関係性を表にしました。

飛行機の翼表面にあえて乱流(渦流)を生じさせて失速を生じしにくくさせる構造を【ボルテックスジェネレーター】呼びます。

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