最近になってフライトシミュレータを自作したいと思うようになり、流体力学を勉強中です。
自動車が走った後の空気の流れですら本格的にやろうとするとスーパーコンピュータが必要になるくらい難しいものなんだなぁ・・・
まだそんなイメージしか持っていません。

空気も粒子の集まりとして考えることが出来るので、剛体力学の知識も十分に生きてきます。

今回は剛体にかかる空気抵抗についてまとめてみました。
空気抵抗には以下の種類のものが存在します。

・誘導抗力
物体が移動することによって生じる渦による抗力。
・形状抗力
物体の形状によりかかる抗力。一般に流線型のものほど抗力がかかりにくい。板を面に垂直に動かしたときの抗力を基準に考える。
・摩擦抗力
空気と物体との摩擦によって生じる抗力。
・干渉抗力
周りの物体による空気の流れから生じる抗力。

他にもいくつか抗力が存在しますが今回は割愛させていただきます。

高校物理などで習う簡単な空気抵抗はF=kvのような速度に比例した力として求めています。
これはあくまでも低速域で有効なもので、飛行機のように誘導抗力が生じる場合は速度の二乗に比例するようになります。

同じ剛体でも回転するときとそうでないときでも空気抵抗が変わるように、正確なシミュレーションを行うには上記の抗力を考慮に入れる必要がありそうだということがわかりました。

■参考サイト
FlightGearフライトスクール/第I部/第2章 – FlightGear JP Wiki
3-3-2-5 空気抵抗を受ける運動　■わかりやすい高校物理の部屋■