CN111032497A - 具有反射控制层的移动体 - Google Patents

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Abstract

在移动体(1)的表面形成有反射处于太阳光的波长范围或红外辐射的波长范围的光的反射控制层(21)，利用所反射的光加热移动体(21)外部的主流(2)，从而减少移动体(1)的空气阻力。移动体前表面(110)的反射控制层(21A)的平均反射率与移动体上表面(112)的反射控制层(21B)的平均反射率不同。

Description

具有反射控制层的移动体
技术领域
本发明涉及一种在其表面形成有反射控制层的移动体。
背景技术
以往以来，公知有如下内容：为了防止由太阳能导致的车厢内的温度上升，通过调整向汽车表面涂装的涂料的粒径，将汽车表面相对于处于350nm～2100nm的波长范围的光的反射率设为20％～60％以上(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第3230838号公报
发明内容
发明要解决的问题
另一方面，本发明的发明人获得了如下见解：为了减少移动体的空气阻力，提高移动体的附近的空气的流速变慢的区域(边界层)的外侧的区域(主流)的空气的温度的做法是有效的。
不过，根据专利文献1所记载的方法，存在如下问题：相对于波长处于可见光范围(380nm～750nm)的光高反射化，因此，该实施有涂装的汽车晃眼地映入行人的眼睛。
另外，为了避免上述这样的问题，即使对汽车实施了相对于波长处于可见光范围的光而言反射率变低这样的涂装，太阳光的光谱中的大部分处于可见光范围，因此，也由所入射的太阳光导致汽车表面、特别是汽车顶板的温度上升。随着温度上升而存在于汽车顶板的表面的边界层的空气的粘性系数变大，因此，存在如下问题：在汽车顶板中，主导性的从边界层的空气受到的粘性摩擦阻力比压力阻力大。
本发明是鉴于这样的问题而做成的，其目的在于提高移动体的周围的主流的空气的温度而使移动体的空气阻力减少。
用于解决问题的方案
在本发明的移动体的表面形成有反射控制层，在将移动体的表面中的从移动体的行进方向受到行驶风的面设为移动体前表面、将与行进方向大致平行的面设为移动体上表面的情况下，移动体前表面的反射控制层的反射率与移动体上表面的反射控制层的反射率不同。
发明的效果
根据本发明，防止移动体晃眼地映入行人的眼睛，并且利用由移动体的表面所反射的光加热主流的空气，能够通过加热后的空气的密度的降低来减少针对移动体的空气阻力。
附图说明
图1是在本实施方式的汽车的周围产生的空气的流动的示意图。
图2是本实施方式的汽车的表面附近的沿着汽车的行进方向的局部剖视图。
图3是表示本实施方式的汽车的表面的构造的放大剖视图。
图4是表示由反射光导致的主流的温度上升的验证结果的图表。
图5A是相对于行进方向而言从前方观察本实施方式的汽车的主视图。
图5B是相对于行进方向而言从上方观察本实施方式的汽车的俯视图。
图5C是相对于行进方向而言从侧方观察本实施方式的汽车的侧视图。
具体实施方式
参照附图而说明本发明的实施方式。在附图的记载中，对相同部分标注相同附图标记，并省略说明。以下，列举移动体是汽车的情况而进行说明。
图1是本实施方式的汽车的在行驶中产生的空气的流动的示意图。另外，图2是本实施方式的汽车的表面附近的沿着汽车的行进方向的放大剖视图。图3是表示本实施方式的汽车的表面的构造的放大剖视图。
如图3所示，在汽车1的表面形成有车身涂装层20，还在车身涂装层20之上形成有反射控制层21。
反射控制层21反射处于太阳光的波长范围(0.3μm～100μm)的光。此外，反射控制层21的种类、厚度能根据汽车的表面的位置变更。
太阳光的波长范围由近紫外线的波长范围(0.3μm～0.38μm)、可见光范围(0.38μm～0.75μm)、红外辐射的波长范围(0.75μm～100μm)构成。另外，红外辐射的波长范围由近红外线的波长范围(0.75μm～3μm)以及中红外线和远红外线的波长范围(3μm～100μm)构成。
近红外线的波长范围中的0.75μm～0.78μm的波长范围是空气中的氧分子的热吸收带(氧气A带)。
＜行驶中的汽车的周围的空气的流动＞
如图1所示，在以汽车1的静止系统观察时，在行驶中的汽车1的周围产生沿着汽车1的表面的空气的流动。如图2所示，在汽车1的表面附近，由于在空气与汽车的表面之间产生的粘性摩擦而空气的流动变慢，形成有边界层41。在边界层41中，越远离汽车1的表面，空气的速度越大，空气的速度越接近汽车相对于空气的相对速度。
在与汽车1的表面分开且是比边界42靠外侧的外部区域43中，在空气与汽车的表面之间产生的粘性摩擦的影响已经消失，空气的速度与汽车相对于空气的相对速度大致相等。将外部区域43中的空气的流动称为主流2。
＜空气阻力减少的机理＞
接着，说明通过汽车1具有反射处于预定的波长范围的光的反射控制层21来减少汽车1的空气阻力的机理。
一般而言，行驶中的汽车1从空气受到的力以汽车1的前后、左右、上下的各轴向的力和绕各轴线的转矩表示，统称为空气动力六分力。通常，使行驶中的汽车1从空气受到的力无量纲化而表示，特别是作为前后方向的力的空气阻力F由空气阻力系数Cd表示，该空气阻力系数Cd由如下数学式1表示。其中，ρ是外部区域43的空气的密度，A是在汽车1的行进方向上的前表面投影面积，V是汽车1相对于主流的相对速度。
[数学式1]
Figure BDA0002384104000000041
空气阻力系数Cd是用空气的动压“ρV2/2”与前表面投影面积A之积除空气阻力F而得到的值。空气阻力系数Cd是依赖于汽车1的形状而决定的量，给行驶时的燃料费用、最高速度、加速性能等造成影响。对于汽车1这样的物体的空气阻力F，在以汽车1整体观察时，压力阻力是主导性的，在航空器中成为问题的摩擦阻力在汽车1中较小。因此，为了在汽车1中减少空气阻力F，着眼于减小压力阻力的做法是有效的。
若基于上述着眼重新审视数学式1，则在通常的汽车的设计中，前表面投影面积A视作为了减小压力阻力而能够通过车辆的设计来应对的参数。另一方面，对于主流的空气密度ρ和速度V，能根据汽车的行驶环境变动，因此，不视作能够通过车辆的设计来应对的参数。
然而，不拘泥于上述的现有概念的框架，本发明的发明人认为：主流的空气密度ρ能成为为了减小压力阻力而能够通过车辆的设计来应对的参数。并且，着眼于占空气阻力F的大部分的压力阻力与主流的空气密度ρ成正比，获得了如下见解：通过加热主流的空气，降低主流的空气密度ρ，其结果，能够减少空气阻力F。
主流的空气处于远离汽车1的表面的场所，因此，无法直接加热。然而，通过在汽车1的表面设置反射处于预定的波长范围的光的反射控制层21，从太阳、云、空气中的水蒸气等照射的光、从路面辐射的红外线等光被反射控制层21反射，能够利用所反射的光加热主流的空气。
根据以上的理由，通过移动体具有反射控制层，移动体的空气阻力被减少。
＜由反射光带来的主流的温度上升＞
为了验证通过上述的机理实际上能够加热主流的空气的情况，发明人模拟汽车的行驶环境，因此，在风洞内配置汽车的翼子板，在空气流动的状态下向翼子板部分照射了虚拟太阳光。并且，对在虚拟太阳光照射着的部位流动的空气在通过该部位的前后温度上升什么程度进行了测定。在此，准备相同形状的翼子板且是改变了涂装的3种翼子板，进行了验证。在翼子板上形成的涂装层相当于本实施方式中的反射控制层21。
图4是表示由反射光带来的主流的温度上升的验证结果的图表。在图4中示出有进行了验证的实验例1～3的评价结果，附图标记81与实施了称为“超级黑”的标准的黑色涂装的实验例1相对应，附图标记82与实施了称为“珍珠白”的标准的白色涂装的实验例2相对应，附图标记83与实施了由“镀银”形成的银色涂装的实验例3相对应。从紫外线波长到远红外线波长的波长范围内的平均反射率按照实验例1、2、3的顺序变大。
在此，“平均反射率”是所指定的波长范围内的光谱反射率(针对单色光的反射率)的平均值。即，在所指定的波长范围内，测定作为波长的函数的光谱反射率，将使在所指定的波长范围内测定到的光谱反射率平均化而获得的值定义为“平均反射率”。
在验证中，在与汽车的翼子板的表面垂直的方向上距表面的距离为d的位置且是虚拟太阳光所照射的部位的沿着空气的流动的上游配置有热电偶31a，在虚拟太阳光所照射的部位的下游配置有热电偶31b。在此，以在比翼子板的表面的边界层靠外侧的主流中配置热电偶的方式距离d设定成18mm。热电偶31a和热电偶31b以沿着空气的流动隔开200mm的间隔的方式配置，对由热电偶31a和热电偶31b夹着的区间照射了虚拟太阳光。另外，主流的空气相对于翼子板的速度设为风速40km/h。
此外，为了期待验证的准确度，格外注意了虚拟太阳光不会直接照射热电偶31a和热电偶31b。由热电偶31a测定的空气的温度是即将被由翼子板反射的虚拟太阳光加热之前的空气的温度，由热电偶31b测定的空气的温度是刚刚被由翼子板反射的虚拟太阳光加热之后的空气的温度。
如图4所示，可知：由热电偶31b测定的温度比由热电偶31a测定的温度高。而且，可知：温度上升ΔT按照实验例1、2、3的顺序变大。即，可知：汽车的表面的涂装的平均反射率越大，温度上升ΔT越大。
在实际的汽车的全长是4400mm的情况下，汽车的全长上的温度上升成为图4所示的温度上升ΔT的22倍。因此，如果是实际的汽车，则按照实验例1、2、3的顺序产生约2K、约4K、约6.6K的温度上升。
可知：如以上这样，通过利用设置到汽车的表面的反射控制层反射光，实际上能够加热主流的空气。
在代入理想气体的状态方程式的情况下，若假定为由于6.6K的温度上升而300K的空气成为306.6K，则带来约2％的密度降低。这相当于约2％的空气阻力F的减少。
＜反射控制层的结构＞
在本实施方式中，根据汽车的表面的种类(汽车前表面110、汽车上表面112、汽车侧面114)而在汽车1的表面设置有不同的种类的反射控制层21。接下来说明其形态。
图5A是相对于行进方向而言从前方观察本实施方式的汽车的主视图。图5B是相对于行进方向而言从上方观察本实施方式的汽车的俯视图。图5C是相对于行进方向而言从侧方观察本实施方式的汽车的侧视图。
汽车1的表面根据场所而相对于行驶风或者行进方向所成的角度不同，因此，根据场所而从行驶风受到的力的种类不同。
汽车1的表面中的越是相对于行驶风呈接近90度的角度的面，妨碍行驶风的运动的能力越更大，因此，可以说“易于受到行驶风”。在这样的面中，视作：与压力阻力相比，粘性阻力小到能够忽视的程度。
另一方面，汽车1的表面中的越是相对于行驶风呈接近0度的角度的面，妨碍行驶风的运动的能力越小，因此，可以说“难以受到行驶风”。在这样的面中，与压力阻力相比，无法忽视粘性阻力。
如图5A所示，汽车1的表面中的前挡风玻璃、前保险杠、发动机罩等从汽车1的行进方向的前方看见的面在行驶时易于从汽车1的行进方向受到行驶风。
因此，将汽车1(移动体)的表面中的在行驶时从汽车1(移动体)的行进方向受到行驶风的面定义为汽车前表面110(移动体前表面)。或者，也可以将从汽车1的行进方向的前方看到的面定义为汽车前表面110(移动体前表面)。
在本实施方式中，在汽车前表面110形成有0.75μm～100μm的波长范围内的平均反射率是4％以上的反射控制层21A。
另外，如图5B所示，汽车1的表面中的顶板(roof)在行驶时难以从汽车1的行进方向受到行驶风。
因此，将汽车1(移动体)的表面中的从汽车1的上方看见的面且是难以受到行驶风的面定义为汽车上表面112(移动体上表面)。或者，也可以将在行驶时与汽车1(移动体)的行进方向大致平行(平行或者接近平行的位置关系)的面定义为汽车上表面112(移动体上表面)。
汽车上表面112与行驶风大致平行，因此，在行驶时难以从汽车1的行进方向受到行驶风。
在本实施方式中，在汽车上表面112形成有0.3μm～100μm的波长范围内的平均反射率是4％以上的反射控制层21B。
另外，如图5C所示，汽车1的表面中的侧门、翼子板、罩胎轮等从汽车1的行进方向的侧方看见的面在汽车1直行的情况(直行时)下难以从汽车1的行进方向受到行驶风。
另一方面，汽车1的表面中的、侧门、翼子板、罩胎轮等从汽车1的行进方向的侧方看见的面在汽车1转弯行驶的情况下(转弯时)，易于从汽车1的行进方向受到行驶风。
因此，将汽车1(移动体)的表面中的在转弯时从汽车1(移动体)的行进方向受到行驶风的面定义为汽车侧面114(移动体侧面)。或者，也可以将从汽车1的行进方向的侧方看见的面定义为汽车侧面114(移动体侧面)。
汽车侧面114在直行时与行驶风大致平行，因此，难以从行进方向受到行驶风。另一方面，在转弯时，汽车侧面114易于以行驶风与汽车侧面114所成的角度从行进方向受到行驶风。
在本实施方式中，也可以在汽车侧面114形成有0.75μm～100μm的波长范围内的平均反射率是4％以上的反射控制层21C。
此外，在上述内容中，也可以是，在将相对于汽车1的行进方向而言从汽车1的后方看见的面定义为汽车后表面118(移动体后表面)的基础上，将汽车1(移动体)的表面中的从汽车1的上方看见的面且是除了汽车前表面110、汽车侧面114、汽车后表面118之外的面定义为汽车上表面112。
在本实施方式中，也可以在汽车后表面118形成有0.75μm～100μm的波长范围内的平均反射率是4％以上的反射控制层21D。
也就是说，在本实施方式中，在汽车上表面112形成有0.3μm～100μm的波长范围内的平均反射率是4％以上的反射控制层21B，在汽车1的表面的除了汽车上表面112之外的部分形成有0.75μm～100μm的波长范围内的平均反射率是4％以上的反射控制层21A、21C、21D。
此外，在本实施方式中，反射控制层21A、21B、21C、21D的平均反射率也可以是互不相同的值。即，反射控制层21A、21B、21C、21D的平均反射率也可以不是相等的值。
此外，汽车上表面112与行驶风大致平行，因此，与汽车1的行进方向大致平行。因此，形成到汽车前表面110的反射控制层21B易于将从汽车1的上方所入射的光向汽车1的上方反射。
另一方面，汽车前表面110、汽车侧面114、汽车后表面118并不与行驶风大致平行，因此，并不与汽车1的行进方向大致平行。因此，与反射控制层21B不同，反射控制层21A、21C、21D易于将从汽车1的上方入射的光向汽车1的前方、侧方、后方反射。即，可以说反射控制层21A、21C、21D易于将从汽车1的上方入射的光朝向位于汽车1的前方、侧方、后方的位置的行人反射。
此外，汽车1的表面反射来自汽车1的上方的直接光、由于来自上方的直接光被汽车1的周围的物体反射而产生的间接光。汽车前表面110、汽车上表面112、汽车后表面118反射直接光的比例比反射间接光的比例大。相对于此，汽车侧面114反射间接光的比例比反射直接光的比例大。因此，与汽车侧面114相比，汽车前表面110、汽车上表面112、汽车后表面118对行人来说易于看起来明亮。
＜由设置有反射控制层带来的效果＞
根据上述的形态，入射到汽车1的表面的光由反射控制层21反射。因此，存在于行驶中的汽车1的周围的主流2被由汽车1的表面反射来的光加热。由于加热，主流2的密度降低，因此，能够减少汽车1的空气阻力F。
尤其是，在汽车前表面110形成有反射控制层21A，因此，在行驶时，能够减少起因于从汽车1的行进方向的前方受到的行驶风的压力阻力。
另外，在由反射控制层21反射的光中包括处于太阳光的波长范围、红外辐射的波长范围的光，因此，能够利用反射光减少汽车1的空气阻力F。
而且，对于易于将从汽车1的上方入射来的光朝向位于汽车1的前方、侧方、后方的位置的行人反射的反射控制层21A、21C、21D，其平均反射率与形成到汽车上表面112的反射控制层21B的平均反射率不同。因此，能够防止由反射控制层21反射的反射光晃眼地映入行人的眼睛。
更具体而言，反射控制层21A、21C、21D的0.75μm～100μm的波长范围内的平均反射率是4％以上，可见光范围内的平均反射率抑制得较小。因此，防止由反射控制层21A、21C、21D反射的反射光晃眼地映入行人的眼睛，并且由反射控制层21A、21C、21D反射的光含有位于红外辐射、氧吸收范围的光，因此，能够利用反射光减少汽车1的空气阻力F。
为了尽量防止来自汽车1的表面的反射光晃眼地映入行人的眼睛，对于形成到汽车上表面112的反射控制层21B，也考虑应该缩小可见光范围内的平均反射率，但在本实施方式中，未采用这样的结构。
其理由在于，第一，反射控制层21B易于将从汽车1的上方入射来的光向汽车1的上方反射，来自汽车上表面112的反射光晃眼地映入行人的眼睛的可能性较小。
另外，第二，汽车上表面112，与压力阻力相比，从边界层41受到的粘性摩擦是无法忽视的大小，空气的粘性摩擦具有与汽车上表面112的温度上升一起增大的性质。因而，其原因在于，为了抑制汽车上表面112的温度上升而减少由粘性摩擦带来的阻力，对处于能量比红外辐射的能量高的可见光范围、近紫外线的波长范围的光也应该反射。
也就是说，对于形成到汽车上表面112的反射控制层21B，通过将包括可见光范围、近紫外线的波长范围在内的0.3μm～100μm的波长范围内的平均反射率设为4％以上，能够抑制在汽车上表面112产生的粘性阻力，并且利用反射光减少汽车1的空气阻力F。
另外，根据上述的形态，在汽车侧面114形成有反射控制层21C。因此，在转弯时，能够减少起因于从汽车1的侧面受到的行驶风的压力阻力。
另外，根据上述的形态，直接光与间接光的反射的比例根据汽车前表面110、汽车上表面112、汽车侧面114、汽车后表面118的各部而不同，因此，通过将反射控制层21A、21B、21C，21D的平均反射率设为互不相同的值，能够使晃眼地映入行人的眼睛的可能性较小，并且使汽车1的设计性提高。
尤其是，通过将汽车上表面112设为与汽车前表面110、汽车侧面114、汽车后表面118的颜色不同的颜色、或者将反射控制层21B设为与反射控制层21A、21C、21D的平均反射率不同的平均反射率，能够减小晃眼地映入行人的眼睛的可能性，并且借助汽车1的各部的明度、彩度使汽车1的设计性提高。
而且，能够借助反射控制层21A、21B、21C，21D的平均反射率增大汽车前表面110以及汽车后表面118的明度与汽车侧面114的明度之间的差。同样地，能够增大汽车前表面110以及汽车后表面118的彩度与汽车侧面114的彩度之间的差。也能够同时增大明度之差和彩度之差。其结果，能够增大汽车前表面110以及汽车后表面118的颜色与汽车侧面114的颜色之差，能够减小晃眼地映入行人的眼睛的可能性，并且使汽车1的设计性提高。
另外，也能够借助反射控制层21A、21B、21C，21D的平均反射率缩小汽车前表面110以及汽车后表面118的明度与汽车侧面114的明度之间的差。同样地，也能够缩小汽车前表面110以及汽车后表面118的彩度与汽车侧面114的彩度之间的差。也能够同时缩小明度的差和彩度的差。其结果，能够缩小汽车前表面110以及汽车后表面118的颜色与汽车侧面114的颜色之差，能够减小晃眼地映入行人的眼睛的可能性，并且使汽车1的设计性提高。
在上述的实施方式中，列举移动体是汽车的情况而进行了说明，除了汽车之外，本发明也能够适用于在空气中运动的移动体。作为移动体的例子，除了汽车之外，还可列举出二轮车、铁道移动体、航空器、火箭等。
以上，按照实施方式对本发明的内容进行了说明，但本发明并不限定于这些记载，能够进行各种变形和改良对本领域技术人员是不言而喻的。构成该公开的一部分的论述和附图不应该理解为用于限定本发明。根据该公开，各种替代实施方式、实施例以及运用技术对本领域技术人员来说是显而易见的。
本发明当然包括未记载于此的各种实施方式等。因而，本发明的技术范围仅由根据上述的说明而认为妥当的权利要求书的发明特定事项确定。
附图标记说明
1、汽车(移动体)；2、主流；20、车身涂装层；21、21A、21B、21C、21D、反射控制层；41、边界层；42、边界；43、外部区域；110、汽车前表面(移动体前表面)；112、汽车上表面(移动体上表面)；114、汽车侧面(移动体侧面)。

Claims (4)

1.一种移动体，其在表面形成有反射处于太阳光的波长范围或红外辐射的波长范围的光的反射控制层，其特征在于，
将所述移动体的表面中的从所述移动体的行进方向受到行驶风的面设为移动体前表面，将所述移动体的表面中的与所述行进方向大致平行的面设为移动体上表面，
所述移动体前表面的所述反射控制层的平均反射率与所述移动体上表面的所述反射控制层的平均反射率不同。
2.根据权利要求1所述的移动体，其特征在于，
所述移动体前表面的所述反射控制层的0.75μm～100μm的波长的平均反射率是4％以上。
3.根据权利要求1或2所述的移动体，其特征在于，
所述移动体上表面的所述反射控制层的0.3μm～100μm的波长的平均反射率是4％以上。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的移动体，其特征在于，
将所述移动体的表面中的在转弯时从所述移动体的行进方向受到行驶风的面设为移动体侧面，
所述移动体侧面的所述反射控制层的平均反射率与所述移动体上表面的所述反射控制层的平均反射率不同。
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