圧縮性流体力学特論

Advanced Course of CompressibleFluid Dynamics

994F15A

45ASFDT526

吉田　憲司

Kenji Yoshida

2026年度後期

2026年度

②Second semester

金曜2限

Friday 2nd period

工学研究科　機械工学専攻

Department of Mechanical Engineering, Graduate School of Engineering

2.00単位

講義

Lecture

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⑦ [遠隔]オンライン授業（同期）/ [Remote]Online (synchronized remote)

圧縮性流体力学の最大の効用の一つとして高速航空機への適用を対象として, その具体的な空力設計問題を学ぶことを通して圧縮性流体力学の基礎をより深く理解すると共に, それらが実用上も有用であることを実感できる機会を提供する. 最後に将来の超音速航空機の空力設計課題に対してその解決策を考えることを通して, 更に理解を深めることに繋げる.
Since compressible fluid dynamics plays a major role in the development of high speed aircraft, it can be deeply understood by studying several aerodynamic design subjects of high speed aircraft. Then, some opportunities to obtain their effectiveness in practical design are provided. Furthermore, through considering the way to solve recent issues of the aerodynamic design subjects for a future supersonic aircraft, compressible fluid dynamics is more studied in detail.

概要で述べた内容に沿って理解を深め，圧縮性流れの基本的な課題に対応できることを目的とする．
Objectives are to understand the compressible fluid dynamics deeply and to solve the engineering problem on the compressible fluid flow.

高速航空機の空力設計で使われる各種の推算法に従って, 与えられた機体形状の空力特性（揚力, 抵抗, ソニックブーム等）を実際に数値計算により定量的に推定できるようにする.
以上の学習を通して, 現在想定されている幾つかの超音速機の空力設計課題の１つあるいは幾つかに対して解決策を考察し, その可能性について提言できるようになることを到達目標とする．
According to some methods used in the aerodynamic design of high speed aircraft, aerodynamic characteristics such as lift, drag, sonic boom, etc. for a given configuration can be estimated quantitatively by suing numerical techniques. Finally, through considering an idea to solve recent technical issues in the aerodynamic design of a future supersonic aircraft, the outcomes are to be able to propose its possibility from the practical viewpoint.

事前に提供する講義資料に目を通しておくことが望ましい.　授業は同時双方向オンラインで授業で行う.
It is desirable for the student to see the lecture slides (Powerpoint file) provided before the lecture. The lectures are performed with online (synchronized remote).

学部生の先行履修の場合は、学部での流体力学関連の講義内容に関してどれくらいの知識を有しているかと、本講義の受講理由を事前に担当教員に連絡の上、許可を得ること。
If you are an undergraduate student taking this course, you must contact the instructor in advance to explain your knowledge regarding fluid mechanics in undergraduate courses and your reasons for taking this course, and to obtain permission.

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学部で用意された熱力学と流体力学を学習していることが望ましい．
It is desirable for the student to study the thermodynamics and fluid dynamics in the bachelor course.

評価はレポートのみで行います. 尚, レポート課題は大きく2つあり, 1つは設定された問題に対して具体的に数値計算を行って回答を示すもの, もう１つは実際に1つの高速航空機を例として取り上げ, その空力性能と特徴（長所と短所）を簡単に整理すると共に, 空力設計者の視点から将来に向けた改善点とそれに対する工夫（案）を論じるものにします. 尚, もし意思表示をしてもらえれば、今後の参考のために、レポートを提出した学生にはレポートに対する私の幾つかのコメントを送ります. 
Evaluated by internal report (100%). The content is divided into two groups; one is to present one example of numerical calculation for some formula or relations in compressible fluid dynamics, another is to present original consideration about aerodynamics, remarkable features and some improvement points for a real high-speed airplane. And if you would like, I send some of my comments for the report to students who submitted it for a future reference.

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

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教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
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「翼理論」, R.T. Jones著（柘植俊一、麻生茂訳）, 日刊工業新聞社, 1993
「気体力学」, H.W. Liepmann & A. Roshko著（玉田訳）, 物理学叢書15, 吉岡書店, 1983
「高速空気力学」, 河村龍馬著, 現代工学社, 1958
「航空力学の基礎」, 牧野光雄, 産業図書, 1980
「圧縮性流体力学」, 日本航空宇宙学会編, 丸善出版, 2015
「高速空気力学」, 近藤次郎, コロナ社, 1977
「旅客機の開発史〜ライト以前から超大型機, 超音速機まで」, 久世紳二, （社）日本航空技術協会, 2006
「流体力学」, 巽友正, 培風館, 1982
「流れ学」, 谷一郎, 岩波全書, 1978
「流体力学」, 今井功, 岩波全書, 1979
「ソニックブーム　その現象と理論」, 牧野光雄, 産業図書, 2000
「飛行機設計論」, 山名正夫, 中口博, 養賢堂, 1968
「航空機設計法」, 李家賢一, コロナ社, 2011

1. 圧縮性流体力学の基礎01： 等エントロピー流れ, 衝撃波, 膨張波, 特性曲線法
2. 圧縮性流体力学の基礎02： 衝撃波の物理, 非線形性, 散逸効果
3. 圧縮性流体力学の基礎03： 微小変動理論, ホドグラフ法, 圧縮性変換則
4. 圧縮性流体力学の基礎04： 超音速風洞, 主流乱れ, 回復温度, 遷移計測法
5. 超音速機の空気力学01： 超音速機の空力特性と設計課題, 造波抵抗, 実機例
6. 超音速機の空気力学02： 翼の理論（揚力面理論）
7. 超音速機の空気力学03： 胴体の理論（細長物体理論）
8. 超音速機の空気力学04： 圧力抵抗の低減原理と空力設計法
9. 超音速機の空気力学05： 摩擦抵抗の低減原理と空力設計法
10. 超音速機の空気力学06： ソニックブーム理論
11. 超音速機の空気力学07： ソニックブームの低減原理と空力設計法
12. 亜音速機の空気力学01： 亜音速機の空力特性と設計課題, 抵抗発散, 実機例
13. 亜音速機の空気力学02： 圧縮性効果, Pradtl-Glauert則, Karman-Tsien則
14. 亜音速機の空気力学03： 遷音速翼理論, 超臨界翼の空力特性
15. 圧縮性空気力学特論の総括： 実用上の重要概念, 原理, 法則, 推算手法の整理
The following technical terms and items are important for understanding in the class.
1. Isentropic flow, shock wave, expansion wave, characteristics
2. Physics of shock wave, nonlinearity, dissipative effect
3. Small disturbance theory, hodograph method, compressible transformation rule
4. Supersonic wind tunnel, freestream turbulence, recovery temperature, transition measurement technique
5. Aerodynamics and design subjects of supersonic aircraft, wave drag, example of actual aircraft
6. Theory of wing (lifting surface theory)
7. Theory of fuselage (slender body theory)
8. Principle of pressure drag reduction, aerodynamic design method
9. Principle of friction drag reduction, aerodynamic design method
10. Sonic boom theory
11. Principle of sonic boom reduction, aerodynamic design method
12. Aerodynamics and design subjects of subsonic aircraft, drag divergence, example of actual aircraft
13. Compressibility effect, Prandtl-Glauert rule, Karman-Tsien rule
14. Transonic airfoil theory, aerodynamics of supercritical airfoil
15. Summary of important concepts, principles, rules, and methods in practical application

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