2D 翼型データベースと 10 種類の解析エンジン（αFOIL）
Ctrl+1 で「airfoil 解析」モードに入ります。
画面は左・中央・右の 3 つに分かれています。
| 場所 | 内容 |
|---|---|
| 左 | 翼型検索。名前と、翼厚・キャンバーの最小／最大で絞り込みます |
| 中央 上 | 翼型の一覧。選んだ翼型が、下のタブと右側に反映されます |
| 中央 下（タブ） | 翼型形状（形の図）・逆翼型設計・ 解析エンジンごとの結果（XFOIL・Eppler コード・今井コード・Theodorsen コード など） |
| 右 上 | 解析エンジンの選択と「単一翼型を解析」「全翼型バッチ」ボタン、翼型情報 |
| 右 下（タブ） | 座標（数値一覧）・解析履歴（実行した解析の一覧、CSV 出力、削除） |
このページには独自のメニュー（ファイル・表示・解析・設計・設定・ヘルプ）と、 下端のツールバーがあります。データベースには UIUC/Selig の 1,665 翼型が最初から入っています。
右上の「解析エンジン」ドロップダウンで、計算に使う理論を選びます。 それぞれ得意不得意があるので、目的に応じて選んでください。
| エンジン | 分類 | 出せるもの |
|---|---|---|
| XFOIL 6.99 | 粘性・非粘性パネル法 | ポーラー / Cp 分布 / 境界層 / 迎角掃引 / 全翼型バッチ |
| Eppler コード PROFIL 1.1 | 翼型設計・境界層解析 | CL–迎角 / CD / Cm / Cp 分布 / 境界層 / 全翼型バッチ |
| Theodorsen コード NACA TR-452 | 等角写像・非粘性 | CL–迎角 / Cm–迎角 / Cp 分布 / 零揚力角 / 全翼型バッチ |
| 今井コード 1942 | 逐次等角写像・非粘性 | CL–迎角 / Cm–迎角 / Cp 分布 / 無揚力角 / 理想迎角 / 全翼型バッチ |
| 守屋コード 1937/1938/1941 | 二次元ポテンシャル理論 | CL–迎角 / Cm–迎角 / Cp 分布 / 零揚力角 / 空力中心 / 全翼型バッチ |
| 森口コード 1938 | 二次元ポテンシャル理論 | CL–迎角 / Cp 分布 / 零揚力角 / 全翼型バッチ |
| 水野 BEM コード SNG_B | 線形分布渦・境界要素法 | CL–迎角 / 循環 / 渦強度 γ / 全翼型バッチ |
| Morrisコード 無料版／有料版共通 | Hess–Smith・非粘性パネル法 | CL–迎角 / Cm–迎角 / Cp分布 / Blasius検算 / 全翼型バッチ |
| 佐藤コード 1966・JP版 / ENG版 | 翼型逆設計理論 | 指定圧力分布 / 指定速度分布から翼型を逆設計 |
| Lighthill コード A.R.C. R&M No.2112 | 翼型逆設計理論 | 指定速度分布から翼型を逆設計 |
注 有料版・実装予定：ISES コード・吉田コード（今井コードの拡張）・Spence コードはまだ無効です。
解析エンジンで「Morrisコード」を選び、「単一翼型を解析」を押します。 迎角の開始・終了・刻み、Blasius積分点数（既定1024）、Cp保存を指定します。 入力座標のパネルをそのまま使い、一定吹出しと共通渦、非貫通条件とKutta条件から圧力分布を解きます。 完了するとMorrisタブと解析履歴に保存され、Cp分布とCSV書き出しを使えます。 「全翼型バッチ」も使用でき、条件に合わない翼型は失敗理由を記録して次へ進みます。
後縁→上面→前縁→下面→後縁（逆回りも可）の、鋭く閉じた単一輪郭が必要です。 開いた／厚い後縁、重複点、非有限値、特異な行列はエラーとし、後縁を自動で変更しません。 輪郭の交差や複数翼の入力は対象外です。160〜320パネルを推奨します。 Cmは翼弦1/4（y=0）まわりで機首上げ正、Cpはパネル中点の値です。
添付のairfoil_potential.pyを組み込んだHess–Smith法とBlasius検算であり、 Morrisの原論文の静電場ソルバーそのものではありません。Blasius積分は同じ離散速度場の別経路積分です。 解析ログには圧力積分・Blasius積分によるCL/Cm、境界条件・Kutta残差、正味吹出しと行列条件数を記録します。 非粘性・非圧縮の二次元定常流なのでReynolds数、遷移、境界層、失速は求まりません。 圧力抗力は数値残差としてログにのみ記録し、実際のCD・CL/CDには使用しません。
一度計算した条件はデータベースに記録されるので、同じ条件で再度実行すると 即座に前回の結果が呼び出されます。
比較に使うのは既に保存されたポーラーで、この操作で追加解析は始まりません。 翼型・解析エンジンと版・Mach・Ncrit（Eppler では MU）・上下面遷移位置・パネル数・最大反復回数が一致する履歴だけを並べます。 選択中の履歴は、その Re の代表として優先します。その他は Re ごとに最新の有効履歴を使います。 異なる迎角範囲を外挿・補間せず、未収束／非有限値は欠けたまま描きます。
単一 XFOIL 解析の条件にある「1点の制限時間 [秒]」は、1 迎角に待てる時間です。 既定 45 秒、5〜300 秒で設定します。応答停止や時間超過ではその点を失敗として残し、セッションを再起動して後続の迎角を解析します。 通常の未収束では境界層を初期化します。未収束点に、隣の迎角の数値を代入することはありません。 Cp だけ取得できない場合も、完了済みの係数は保持します。
進捗の「中止」で実行中の XFOIL を停止します。完了した点があれば中断結果として保存され、停止理由は履歴・ログに残ります。 保存先は解析開始時に選んだ翼型です。途中で別の翼型をクリックしても変わりません。 アプリの終了時にも中止確認が出ます。「いいえ」なら終了せず解析を続けます。
解析エンジンのタブの上に並んでいるグラフ切り替えボタンのうち、 「Cp分布」を押すと、XFOIL の画面と同じ並びの図に切り替わります。
| 上の図 | Cp 分布。縦軸は上が負圧（XFOIL と同じく上下を反転）、横軸は x/c。上面と下面を色で分けます |
| 下の図 | 同じ横幅で描いた翼型の形。Cp の位置と翼型の位置が縦にそろいます |
| 右の欄 | 翼型名・Re・迎角・CL・CM・CD・L/D・Ncrit |
「迎角:」のドロップダウンで、どの迎角の Cp を描くか選びます。 Cp 分布を保存した解析（解析ダイアログで「各収束点のCp分布を保存」／「各迎角のCp分布を保存」にチェックしたもの。既定でチェックが入っています）だけが描けます。
| 非粘性 Cp | 同じ翼型・同じ迎角の境界層の無い Cp を点線で重ねます。 XFOIL の非粘性計算を使い、利用できない場合は Theodorsen の写像で計算します。 実線（粘性の Cp）との差を確認できます。 |
| 排除厚み δ* | 翼型に境界層の厚みぶんを足した「流れから見た形」と、後縁から後ろへ伸びる伴流を、 下の翼型の図に破線で重ねます。境界層を保存した解析（XFOIL の「境界層データを保存」など）だけで描けます。 |
右下「解析履歴」タブで解析結果を 1 つ選び、「解析データをCSV出力…」を押して保存先のフォルダを選びます。 XFOIL がポーラー（PACC）・Cp 分布（CPWR）・境界層（DUMP）を別々のファイルに保存するのと同じく、 3 種類の CSV に分けて書き出します。
| ファイル名 | 中身 |
|---|---|
| <翼型>_<エンジン>_Re…_polar.csv | 迎角ごとの α・CL・CD・CDp・CM・上面／下面の遷移位置・収束したか |
| …_cp_a+3.00.csv | その迎角の x/c・y/c・Cp（迎角ごとに 1 ファイル） |
| …_bl_a+3.00.csv | その迎角の境界層：s・x/c・y/c・Ue/V∞・δ*・θ・Cf・H（伴流を含む） |
どのファイルにも、先頭に解析条件（翼型・エンジン・Re・Mach・Ncrit・遷移位置・迎角範囲・パネル数・解析日時）を
# 付きの行で書いておきます。文字コードは Excel でそのまま開ける UTF-8（BOM 付き）です。
非粘性のエンジンでは Reynolds 数をファイル名に付けません。
1,665 翼型をまとめて解析する機能です。右上の「全翼型バッチ」ボタン（メニュー「解析 → 選択エンジンで全翼型をバッチ解析…」）から実行します。
並列数は開始前のダイアログで指定できます。既定値はお使いの PC の CPU から自動で決まります （GUI と他モードのために、全コアは使いません）。
完了済みの条件は自動的にスキップされるので、途中で止めて後から再開しても無駄がありません。
解析を重ねると airfoils.sqlite3 がどんどん大きくなります
（Cp 分布や境界層のデータは 1 件あたりの容量が大きいため）。
| 操作 | 場所 | 内容 |
|---|---|---|
| 1 件ずつ削除 | 解析履歴タブ「選択した解析結果を削除」 | 選んだ解析結果だけを消します |
| その翼型の解析を全削除 | 解析履歴タブ「この翼型の解析結果を全削除」 | 選択中の翼型に紐づく解析結果をまとめて消します |
| 解析データを全削除 | メニュー「解析 → データベース管理（解析結果の削除・容量圧縮）…」 | 全翼型ぶんの解析結果を消してファイルを縮めます |
「逆翼型設計」タブでは、翼型の形から性能を求めるのではなく、 望みの性能（圧力分布・速度分布）から翼型の形を作り出します。 タブ上部の「逆設計手法」で次の 4 つから選びます。
Eppler PROFIL 1.1 の TRAPRO 等角写像法です。設計迎角 α* の分布から翼型を逆設計します。
佐藤淳三「望ましい圧力分布を有する二次元翼断面形の設計法」の厳密二次元ポテンシャル理論です。 目標流速分布 qα(θ) や写像関数 g(θ) から翼型を直接作ります。
JP 版（日本語論文版）と ENG 版（Trans. Japan Soc. Aero. Space Sci. Vol.9 No.14）があります。 理論は同一で、後縁を z=0 に置いた座標系と式番号が異なります。
M. J. Lighthill「A New Method of Two-dimensional Aerodynamic Design」の方法です。 log q0(θ) の Fourier 級数から、式(7) → 式(10) → 式(8) の順に翼型を逆設計します。
いまある翼型を出発点に、表面速度の分布（Qspec）の曲線をマウスでつまんで動かし、 その分布になるよう翼型を直す機能です。XFOIL の逆設計（QDES・MDES）にあたります。
一覧で翼型を選び、ページのメニュー「設計 → Qspec逆設計（カーソル編集）…」 （Ctrl+D、または下端のツールバーのボタン）で開きます。
| 上の図 | 表面速度 Q/V。灰色の破線が元の翼型、黄色の破線が指定 Qspec（つまんで動かす線）、 水色／橙の実線がいまの翼型の上面／下面です |
| 下の図 | 翼型の形。灰色の破線が元の形、実線がいまの形です |
| 右の欄 | 厚み・キャンバー・CL・CM、元の値との比較、逆解法の結果（反復回数・時間・指定の実現率・残差・輪郭を動かした量） |
| ボタン | 働き |
|---|---|
| 指定を現状に戻す (QSET) | 黄色い破線を、いまの翼型の速度分布に戻します |
| なめらかに (SMOO) | 指定 Qspec のギザギザをならします |
| 高次を落とす (FILT) | 指定 Qspec を低次のフーリエ成分だけにします（完全逆解法のときだけ） |
| 翼型を作る (EXEC) | 指定に近い翼型を解きます |
| 形状を編集 | 速度分布ではなく、下の図の輪郭を直接つまんで動かすモードに切り替えます |
| 解法 | 直し方 | 向いている使い方 |
|---|---|---|
| 混合逆解法 パネル法・XFOIL の QDES 相当 |
書き換えたところのまわりだけ、輪郭を法線方向に動かして合わせます。動かさない部分との継ぎ目に折れ目はできません。 | 既定。「この部分の圧力分布だけ直したい」とき。 ほぼすべての翼型（データベースの 98.7%）で使えます |
| 完全逆解法 Theodorsen の写像・XFOIL の MDES 相当 |
速度分布から翼型全体を作り直します | 分布を全体的に作り替えたいとき。 薄くてキャンバーの強い翼型は扱えません（データベースの約 44%）。 扱えない翼型では選べなくなります |
翼型を選んだ状態で、メニューの「翼型(F) → airfoil 解析で選択中の翼型を使う…」を実行すると、 その翼型がプロペラ・主翼・尾翼の断面として設定されます。 Qspec逆設計で作った翼型も、「データベースに登録…」しておけば同じように使えます。
区間ごとに別の翼型を割り当てたい場合は、 「機体(A) → 平面図で寸法を編集」や「プロペラ正面図で寸法・翼型を編集」から 区間ごとに選んでください。→ 機体データの編集