JP2002358473A - Gas flow simulation method - Google Patents

Gas flow simulation method

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JP2002358473A
JP2002358473A JP2001165869A JP2001165869A JP2002358473A JP 2002358473 A JP2002358473 A JP 2002358473A JP 2001165869 A JP2001165869 A JP 2001165869A JP 2001165869 A JP2001165869 A JP 2001165869A JP 2002358473 A JP2002358473 A JP 2002358473A
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一裕 藤澤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To elucidate a flow of gas around a sphere moving in the gas without making an actual body by trial. SOLUTION: A spherical model which has at least one recessed part or convex part or a groove part or a projection part is set by a computer and a space part is set around the spherical model; and the surface part of the spherical model and the space part are divided into blocks and many grating sections are formed of grating points. While gas is made to flow to the spherical model from one direction of the space part and the gas flows in the space part and passes on the surface of the spherical model, motion elements operating on the flow of the gas are computed by each grating section or each grating point to analyze the flow of the gas around the spherical model.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、気体流シミュレー
ション方法に関し、詳しくは、表面に凹部あるいは溝部
等を有する球体モデルを設定し、該球体モデルが気体中
を回転しながら飛行する際に、球体モデル上を通過する
気体流の挙動を解析するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of simulating gas flow, and more particularly, to a method of setting a sphere model having a concave portion or a groove portion on its surface, and when the sphere model flies while rotating in gas. This is to analyze the behavior of the gas flow passing on the model.

【0002】[0002]

【従来の技術】球技に用いられる球体等の気体中を飛行
する物体の周囲には、飛行中、気体の剥離等の気流の乱
れが生じることが知られている。特に、表面形状に変化
がある場合や、球体が回転しながら飛行する場合には、
気流の乱れはさらに複雑なものとなる。このような気流
の乱れは、物体の飛行性能に影響し、特に、球技に用い
られるようなボール等の球体では、その飛距離に大きな
影響を及ぼす。
2. Description of the Related Art It is known that turbulence of airflow such as separation of gas occurs during flight around an object flying in a gas such as a sphere used in ball games. In particular, when the surface shape changes or when the sphere flies while rotating,
The turbulence of the airflow is further complicated. Such airflow turbulence affects the flight performance of an object, and particularly has a great effect on the flight distance of a sphere such as a ball used in ball games.

【0003】例えば、ゴルフボールの場合、ボール表面
に多数設けられるディンプル(凹部)がボールの空力特
性に大きく影響を及ぼすことから、ディンプルの大き
さ、配置、組合せ等とボールの空力特性との因果関係を
認識することが重要である。また、上級プレーヤーにな
ると、意図的にボールにバックスピンをかけることが頻
繁に行われており、特に、ゴルフボールの回転時の空力
特性の把握が重要である。
For example, in the case of a golf ball, a large number of dimples (recesses) provided on the ball surface greatly affect the aerodynamic characteristics of the ball. It is important to recognize the relationship. In addition, as an advanced player, it is often the case that a backspin is intentionally applied to a ball. In particular, it is important to grasp the aerodynamic characteristics when the golf ball rotates.

【0004】実際に、ゴルフボールに設けたディンプル
等の相違により飛行特性がどのように変化するかを評価
する場合、様々なディンプル仕様のゴルフボールを多種
類試作すると共に各試作ゴルフボールの打撃実験を行
い、飛距離等を実際に測定してボールの空力特性を判断
することがある。また、近年では打撃実験の代わりに試
作ゴルフボールを風洞内に配置して揚力係数、効力係数
等を測定してゴルフボールの空力特性を分析する方法等
も提案されており、各種球体の空力特性を解析するため
種々の装置や方法等が提案されている。
[0004] When actually evaluating how the flight characteristics change due to differences in dimples and the like provided on a golf ball, many types of golf balls having various dimple specifications are prototyped, and a hitting test of each prototype golf ball is performed. Is performed and the aerodynamic characteristics of the ball are determined by actually measuring the flight distance and the like. In recent years, instead of hitting experiments, a method has been proposed in which a prototype golf ball is placed in a wind tunnel to measure a lift coefficient, an efficiency coefficient, and the like to analyze aerodynamic characteristics of a golf ball. Various devices, methods, and the like have been proposed in order to analyze data.

【0005】例えば、特開平6−194242号では、
風洞を利用してボールの空力特性を分析する抗力、揚力
測定方法及びその装置が提案されている。図21に示す
ように、風洞内にゴルフボールと共に配置される測定装
置1は、ゴルフボール等の測定対象物Tを上端に取り付
けるアルミシャフト2をモータ3で回転させると共に、
アルミシャフト2の周囲に配置された歪型中軸三分力検
出器4でアルミシャフト2の歪みを検出している。風洞
で発生させた気流中で測定対象物Tを回転させると、実
際の飛行状態と疑似状態になり、測定対象物Tにかかる
抗力や揚力をアルミシャフト2の歪み量の測定値から導
き出し、測定対象物Tの飛行特性を分析している。この
測定では、風洞で様々な条件の気流を作り出し種々の条
件下での空力特性の測定を可能にしている。
For example, in JP-A-6-194242,
A drag and lift measurement method and apparatus for analyzing aerodynamic characteristics of a ball using a wind tunnel have been proposed. As shown in FIG. 21, the measuring device 1 arranged together with the golf ball in the wind tunnel rotates the aluminum shaft 2 for attaching the measurement target T such as a golf ball to the upper end by the motor 3, and
The distortion of the aluminum shaft 2 is detected by a strain-type central three-component force detector 4 arranged around the aluminum shaft 2. When the measuring object T is rotated in the airflow generated in the wind tunnel, the object T becomes in a simulated state with the actual flight state, and the drag or lift applied to the measuring object T is derived from the measured value of the distortion amount of the aluminum shaft 2 and measured. The flight characteristics of the object T are analyzed. In this measurement, airflows under various conditions are created in the wind tunnel, and aerodynamic characteristics can be measured under various conditions.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
6−194242号において、簡易的かつ効果的にディ
ンプル形状を選別するため、回転する球体に凹凸をつけ
た実験手法も提案されているが、これに関しても、実物
モデルの作成を必要とし、試作による費用と時間を多く
必要とするという問題がある。
However, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-194242 proposes an experimental method in which a rotating sphere is provided with irregularities in order to easily and effectively select a dimple shape. Also, there is a problem that a real model needs to be created, and a lot of cost and time are required for trial production.

【0007】また、上記のような試作ボール等の打撃試
験、風洞実験による測定では、測定対象物の表面に凹部
や溝部等がある場合に、試作が困難である上に、凹部や
溝部の配置・大きさ等を変更した様々なパターンの測定
対象物を作成し測定データを蓄積することは事実上困難
である。よって、ゴルフボールの表面に設けた個々のデ
ィンプル等の形状、大きさ、配列等が、どのように気体
の流れに影響を及ぼすかまで詳細に知ることができない
という問題がある。
[0007] In the above-described hitting test of a prototype ball or the like or measurement by a wind tunnel test, when there is a concave portion or a groove portion on the surface of an object to be measured, the trial production is difficult and the arrangement of the concave portion or the groove portion is difficult. -It is practically difficult to create a measurement object of various patterns with changed sizes and the like and accumulate measurement data. Therefore, there is a problem that it is not possible to know in detail how the shape, size, arrangement, etc. of the individual dimples provided on the surface of the golf ball affect the gas flow.

【0008】このように、従来の空力特性の評価方法で
は、変化した気流の結果的な特性しか判断できず、新た
に設計したディンプルの形状と空力特性の因果関係を明
確に関連づけることができない。よって、新たに設計し
たゴルフボールが必ずしも狙い通りのものに仕上がらな
いことも多々あり、その度に設計をやり直すと共に試作
ゴルフボールを作り直して空力特性を確かめる必要があ
るので、新たなゴルフボールの開発にはトータルで時間
も費用も大きく費やしてしまい、効率的な設計ができな
いう問題がある。
As described above, according to the conventional method for evaluating aerodynamic characteristics, only the resulting characteristics of the changed airflow can be determined, and the causal relationship between the newly designed dimple shape and the aerodynamic characteristics cannot be clearly associated. Therefore, a newly designed golf ball often does not always have the desired finish, and it is necessary to redesign and to recreate a prototype golf ball every time to check the aerodynamic characteristics. However, there is a problem that a large amount of time and cost are spent in total, and an efficient design cannot be performed.

【0009】また、試作を行わずに、コンピュータを用
いたシミュレーションにより空力特性を評価することも
行われているが、気体中を回転飛行する物体の運動を正
確にシミュレーションで表現し、その空力特性を把握す
ることはできていないという問題がある。特に、ゴルフ
ボール等の表面に凹凸を有する球体が回転しながら飛行
する際の運動を正確に表現することは困難である。
Although aerodynamic characteristics are also evaluated by simulation using a computer without performing a trial production, the motion of an object rotating and flying in a gas is accurately represented by a simulation, and the aerodynamic characteristics are evaluated. There is a problem that cannot be grasped. In particular, it is difficult to accurately express the movement of a sphere having irregularities on the surface of a golf ball or the like while flying while rotating.

【0010】本発明は、上記した問題に鑑みてなされた
ものであり、実物の試作を行うことなく、ゴルフボール
のような気体中を回転しながら移動する球体の周囲の気
体の流れを解明し、さらには球体表面の形状が球体周囲
の気体の流れにどのような影響を及ぼすかも解析して、
回転飛行する球体周囲の気体流を視覚的に評価できるよ
うにし、開発・設計の効率化を図ることを課題としてい
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and has been made to elucidate the flow of gas around a sphere moving while rotating in a gas such as a golf ball without trial production of a real object. And analyze how the shape of the sphere surface affects the flow of gas around the sphere,
The objective is to make it possible to visually evaluate the gas flow around a rotating sphere, and to improve the efficiency of development and design.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、少なくとも一つの凹部や凸部、あるいは
溝部や突起部を有する球体モデルをコンピュータにより
設定し、上記球体モデルの周囲に空間部を設定し、上記
球体モデルの表面部と上記空間部を格子点により多数の
格子区画を形成し、上記球体モデルが回転している状態
を想定して球体モデルの表面部あるいは球体モデル近傍
の空間部の格子区画を設定し、上記空間部の一方向から
球体モデルに向かって気体を流入させ、該気体が空間部
を流れ、球体モデル表面を気体が通過している状態で、
上記空間部の気体の流れにかかる運動要素を上記格子区
画毎に演算し、上記球体モデルの周囲の気体の流れを解
析することを特徴とする気体流シミュレーション方法を
提供している。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention sets a spherical model having at least one concave or convex portion, or a groove or a projecting portion by a computer, and sets a space around the spherical model. Set the surface part of the spherical model and the space part to form a large number of grid sections by grid points, assuming a state in which the spherical model is rotating, near the surface of the spherical model or near the spherical model The grid section of the space is set, and gas flows from one direction of the space toward the sphere model.In a state where the gas flows through the space and the gas passes through the surface of the sphere model,
A gas flow simulation method is provided, wherein a motion element relating to a gas flow in the space is calculated for each of the lattice sections, and a gas flow around the spherical model is analyzed.

【0012】このように、本発明では、コンピュータ上
の仮想空間内にゴルフボールのディンプル等に相当する
凹部あるいは溝部等を有する球体モデルを設定し、この
球体モデルの周囲に空間部を形成し、球体モデルの表面
部あるいは球体モデル近傍の空間部をブロック状に分割
して、格子点、格子区画を設定し、演算している。この
ため、上記空間部へ連続して流入させる気体流のシミュ
レーションをコンピュータで行うことにより、凹部ある
いは溝部等を有する球体モデル周囲の気体の流れを解析
することができる。従って、凹部や溝部が、飛行中の気
体の流れに及ぼす影響を容易に把握することができる。
As described above, according to the present invention, a spherical model having a concave portion or a groove portion corresponding to a dimple or the like of a golf ball is set in a virtual space on a computer, and a space is formed around the spherical model. The surface of the sphere model or the space near the sphere model is divided into blocks, and grid points and grid sections are set and calculated. Therefore, by simulating the gas flow continuously flowing into the space by the computer, it is possible to analyze the flow of the gas around the spherical model having the concave portion or the groove portion. Therefore, it is possible to easily understand the influence of the concave portion and the groove portion on the flow of gas during flight.

【0013】上記球体モデルが、回転している状態を想
定して球体モデルの表面部あるいは球体モデル近傍の空
間部の格子区画を設定している。これにより、球体モデ
ルの回転数等の球体の回転が、飛行中の球体周囲の気体
の流れに及ぼす影響をも容易に把握することができる。
球体の場合には、回転軸をどのようにとることもできる
ため、気体を流入させる方向、及び球体の回転を考慮す
る方向を適宜設定することにより、どのような回転に対
しても球体周囲の気体の剥離等の気体の流れを解析する
ことができる。従って、バックスピンをかけたゴルフボ
ール等の種々の球体が回転しながら飛行する際の空力特
性を把握することができる。
The grid section of the surface of the spherical model or the space near the spherical model is set on the assumption that the spherical model is rotating. This makes it possible to easily understand the influence of the rotation of the sphere, such as the rotation speed of the sphere model, on the flow of gas around the sphere during flight.
In the case of a sphere, the rotation axis can be set in any way, so by appropriately setting the direction in which the gas flows and the direction in which the rotation of the sphere is considered, the rotation around the sphere can be performed for any rotation. It is possible to analyze the gas flow such as gas separation. Therefore, it is possible to grasp the aerodynamic characteristics when various spheres such as golf balls to which the backspin is applied fly while rotating.

【0014】球体モデルに設けられる、凹部や凸部、あ
るいは溝部や突起部の形状、大きさ等は種々の構成とす
ることができ、これらの組み合わせとすることもでき、
解析を行いたい球体の表面形状に適宜設定可能である。
また、球体の回転においては、回転軸をどのようにでも
定めることができるため、球体の表面形状や解析内容に
応じて、回転軸を任意に設定することができる。
The shapes and sizes of the concave portions and convex portions, or the groove portions and projecting portions provided in the spherical model can be variously configured, and can be a combination of these.
The surface shape of the sphere to be analyzed can be appropriately set.
Further, in the rotation of the sphere, since the rotation axis can be determined in any manner, the rotation axis can be arbitrarily set according to the surface shape of the sphere or the content of analysis.

【0015】上記空間部の気体の流れにかかる運動要素
を上記格子区画毎に演算している。格子区画毎に演算す
るとは、各格子毎、各格子の格子点毎、格子の中心毎、
格子面毎、格子点を結ぶ格子の辺毎、あるいは格子点間
の任意の点毎等、種々の方法により各格子区画毎に運動
要素を演算することを指す。
[0015] The motion element related to the gas flow in the space is calculated for each grid section. Calculating for each grid section means for each grid, for each grid point of each grid, for each center of the grid,
This refers to calculating a motion element for each grid section by various methods, such as for each grid plane, each side of a grid connecting grid points, or any point between grid points.

【0016】上記空間部はブロック状に分割しているこ
とが好ましい。分割したブロックにおいて空間部を設定
すると、格子区画の設定が行いやすく、計算を容易にす
ることができる。
It is preferable that the space is divided into blocks. Setting the space in the divided blocks makes it easy to set the grid section, and can facilitate the calculation.

【0017】上記格子区画は、構造格子とすることが好
ましい。非構造格子としても解析可能であるが、構造格
子とすることにより、精度の高いシミュレーション結果
を得ることができる。特にゴルフボールの表面形状のよ
うに比較的簡単な形状のシミュレーションに関して、構
造格子は、計算精度が高く、有用である。なお、構造格
子と非構造格子とを組み合わせて用いることも可能であ
り、解析モデルや解析内容に応じて、適宜設定すること
ができる。
Preferably, the grid section is a structured grid. Although it is possible to analyze even an unstructured grid, a highly accurate simulation result can be obtained by using a structured grid. Particularly for simulation of a relatively simple shape such as the surface shape of a golf ball, the structural grid has a high calculation accuracy and is useful. Note that it is also possible to use a combination of a structured grid and an unstructured grid, and it can be set as appropriate according to an analysis model or analysis contents.

【0018】本シミュレーションにおいては、相対速度
を考慮し、球体モデルが回転しながら飛行速度Vで飛行
している状態を解析することもできるし、上記ような状
態を、球体モデルが一定位置で回転しているところに速
度Vの空気が通過する状態と同一とみなして解析するこ
ともできる。
In this simulation, it is possible to analyze the state in which the sphere model is flying at the flight speed V while rotating, taking into account the relative speed. It can also be analyzed assuming that it is the same as the state in which the air at the speed V passes where it is.

【0019】上記球体モデルが、回転している状態で、
気体が球体モデル表面を通過し空間部を流れる際に、空
間部の気体の流れにかかる運動要素を格子区画毎に演算
しているが、本発明では、以下に示す方法により、回転
している球体モデルの解析を可能にしている。
In a state where the spherical model is rotating,
When the gas passes through the sphere model surface and flows through the space, the motion elements related to the flow of the gas in the space are calculated for each grid section, but in the present invention, the rotation is performed by the method described below. It enables analysis of spherical models.

【0020】本発明では、具体的に、下記の3つの方法
のいずれか、またはその組み合わせを用いて球体モデル
の回転を表現し解析している。
In the present invention, the rotation of the sphere model is expressed and analyzed using one of the following three methods or a combination thereof.

【0021】球体付近の格子を回転させる方法。 本方法では、空間部の格子区画を複数の領域に分割して
考える。例えば、球体モデルを含む領域1と、その領域
1の外周空間の領域2に分割する。そして、領域1自身
が回転することにより、球体モデルの回転を表し、2つ
の領域の界面付近では、速度と圧力(流入質量、運動量
等)等の物理量を数学的に補間することにより気体の流
れを各領域間で伝達し、演算している。その他、4ブロ
ック、6ブロック等の複数のブロックに分割し、それら
をオーバーラップ接続することができ、空間領域全体と
しても、モデル化や計算を行い易くしている。上記補間
のため、各領域界面付近では格子区画を重複させて配置
するのが好ましい。また、空間部の格子区画は、分割せ
ずとも複数個の領域が重複するように組み合わせて配置
し、一つの空間部とすることも可能である。
A method of rotating a lattice near a sphere. In the present method, the grid section of the space is divided into a plurality of regions. For example, the region is divided into a region 1 including a spherical model and a region 2 in the outer peripheral space of the region 1. The rotation of the region 1 itself indicates the rotation of the sphere model. In the vicinity of the interface between the two regions, the flow of the gas is calculated by mathematically interpolating physical quantities such as velocity and pressure (inflow mass, momentum, etc.). Is transmitted between the respective regions to calculate. In addition, it can be divided into a plurality of blocks such as four blocks and six blocks, and these blocks can be connected in an overlapping manner, so that modeling and calculation can be easily performed even in the entire space area. For the above-mentioned interpolation, it is preferable to arrange the grid sections so as to overlap each other near the interface between the areas. In addition, the lattice sections of the space may be arranged in combination such that a plurality of areas overlap without being divided into one space.

【0022】具体的には、領域1は球体モデルの周りを
回転させるために円形とすることが好ましい。外側の領
域2は、固定のため、四角形でもよい。領域2を円形と
すると、球体モデルから遠ざかり空間部の外側にいく
程、回転移動の計算が大きくなる。このため形状は四角
形にした方が計算時間が短くなる。また、領域2は球体
モデルの後流側(球体モデル表面を通過した後の気体の
流れ側)の空間部において、その領域を広く設定するこ
とが好ましい。これにより、球体モデル表面を通過した
後の気流の乱れ、挙動を解析する格子区画が広くなるた
め、気流の挙動、乱れを精度良く解析することができ
る。
Specifically, it is preferable that the region 1 be circular in order to rotate around the spherical model. The outer region 2 may be square for fixing. Assuming that the region 2 is circular, the calculation of the rotational movement increases as the distance from the sphere model to the outside of the space increases. Therefore, the calculation time is shorter when the shape is square. In addition, it is preferable that the region 2 is set to be wide in a space portion on the downstream side of the spherical model (on the gas flow side after passing through the surface of the spherical model). Thereby, the turbulence of the airflow after passing through the spherical model surface and the grid section for analyzing the behavior are widened, so that the behavior and the turbulence of the airflow can be analyzed with high accuracy.

【0023】また、球体モデルの断面の円の直径をDと
すると、領域1の断面形状は、該断面の円と中心を同じ
とし、半径が1D以上5D以下の円形状とするのが好ま
しい。上記範囲としているのは、領域1の半径が1Dよ
り小さいと、領域2と球体との距離が近くなり領域1と
領域2との受け渡しの影響により、球体表面近くでの解
析精度が悪くなるためであり、領域1の半径が5Dより
大きいと計算が煩雑になるためである。また、領域2
は、球体モデルの中心と、領域2の端との距離が20D
以下となるような形状とするのが好ましい。20Dより
大きいと計算が煩雑となり計算に時間がかかるためであ
る。
If the diameter of the circle of the cross section of the sphere model is D, it is preferable that the cross-sectional shape of the region 1 is the same as the circle of the cross section and the center and the radius is 1D or more and 5D or less. The reason for the above range is that if the radius of the region 1 is smaller than 1D, the distance between the region 2 and the sphere becomes short, and the accuracy of analysis near the surface of the sphere deteriorates due to the influence of the transfer between the region 1 and the region 2. This is because if the radius of the region 1 is larger than 5D, the calculation becomes complicated. Region 2
Means that the distance between the center of the sphere model and the end of region 2 is 20D
The shape is preferably as follows. If it is larger than 20D, the calculation becomes complicated and the calculation takes a long time.

【0024】上記のように、各領域界面での物理量の補
間について詳述する。格子区画を数個に分割あるいは重
複した場合や、領域界面が周期的に一致した場合は、そ
の領域界面付近において、速度、圧力等の物理量の補間
が必要となる。この補間方法においては、1次線形補
間、2次線形補間、スプライン補間等、いかなる補間法
を用いてもよい。このように、補間することで、回転の
ために生じる領域間の速度、圧力等の物理量のずれをな
くすことができ、領域間で上記物理量を正確に伝えるこ
とができ、回転移動を正確に評価することができる。
The interpolation of the physical quantity at each region interface as described above will be described in detail. When the grid section is divided or overlapped into several pieces, or when the area interface periodically coincides, it is necessary to interpolate physical quantities such as speed and pressure in the vicinity of the area interface. In this interpolation method, any interpolation method such as primary linear interpolation, secondary linear interpolation, and spline interpolation may be used. In this way, by interpolating, it is possible to eliminate the deviation of the physical quantity such as speed and pressure between the regions caused by the rotation, and to accurately transmit the physical amount between the regions, and accurately evaluate the rotational movement. can do.

【0025】球体付近の格子が変形する方法。 本方法では、格子区画が回転した後、次にどの位置に来
るか、回転移動後の格子区画の位置を予測し、その位置
での形状を表すように格子区画を変形させることにより
回転を表現するものである。これにより、回転移動を正
確に評価することができる。
A method in which a lattice near a sphere is deformed. In this method, after the grid section is rotated, the position of the grid section after rotation is predicted, and the rotation is expressed by deforming the grid section to represent the shape at that position. Is what you do. Thus, the rotational movement can be accurately evaluated.

【0026】境界条件として回転を与える方法。 本方法では、より簡便に回転を表すために、球体モデル
の表面に回転速度成分の速度を境界条件として持たせる
ように設定する。即ち、空気の流れに対して、回転体の
速度は相対的に0とし、回転を考慮するため、球体モデ
ルの表面に速度rωを持たせる(r:回転軸からその点
までの距離、ω:回転角速度)。これにより、回転移動
を正確に評価することができる。
A method of giving rotation as a boundary condition. In this method, in order to more easily represent the rotation, the surface of the spherical model is set to have the speed of the rotation speed component as a boundary condition. That is, the speed of the rotating body is set to be relatively 0 with respect to the flow of air, and the surface of the spherical model is given a speed rω in order to consider rotation (r: distance from the rotation axis to the point, ω: Rotational angular velocity). Thus, the rotational movement can be accurately evaluated.

【0027】上記球体モデルの表面部と空間部をブロッ
ク状に分割して多数の格子区画を形成しているが、上記
格子区画は、4面体、5面体又はそれらの組み合わせ、
あるいはそれらと6面体との組み合わせであることが好
ましい。6面体のみとしても解析可能であるが、上記の
ような組み合わせとすることにより、細かく解析したい
ところだけ格子区画を密集させることができ、球体モデ
ルの回転の取り扱いについて対応しやすくなり解析精度
が、より向上する。
The surface portion and the space portion of the sphere model are divided into blocks to form a large number of grid sections. The grid sections may be tetrahedral, pentahedral, or a combination thereof.
Alternatively, a combination of these and a hexahedron is preferable. Although it is possible to analyze only the hexahedron, the combination as described above allows the grid sections to be densely packed only where it is desired to analyze finely, making it easier to handle the rotation of the spherical model, and improving the analysis accuracy. Better.

【0028】上記気体の流れにかかる運動要素は、三次
元空間座標系の各軸方向の気体流の速度、気体流の方
向、および、上記物体表面に対する気体流の圧力であ
り、これら運動要素を連続の式等の気体流の質量保存
式、および運動方程式・ナビエストークスの式等の気体
流の運動量保存式で微小時間毎に演算している。
The motion elements acting on the gas flow are the velocity of the gas flow in each axial direction of the three-dimensional spatial coordinate system, the direction of the gas flow, and the pressure of the gas flow on the surface of the object. The calculation is performed every minute time by a gas flow mass conservation equation such as a continuous equation and a gas flow momentum conservation equation such as a motion equation and Navier Stokes equation.

【0029】具体的なシミュレーション方法としては、
空間部を分割した格子区画毎に離散化した連続の式およ
び離散化したナビエストークスの式を用いて微小時間毎
に演算して上記各運動要素の数値を算出し、これら各格
子区画毎の演算結果を組み合わせて空間部全体にかかる
気体流をシミュレーションすることで気体流の変化を解
析できる。また、時間の経過に伴う気流の変化や異なる
時間帯における気流状況を解析する場合は、微小時間毎
に時間を進行させて上記式を演算することで所要時間帯
の気体流の変化も解析できる。
As a specific simulation method,
Using the continuous equation discretized for each grid section into which the space is divided and the Navier-Stokes equation discretized, the calculation is performed for each minute time to calculate the numerical value of each motion element, and the calculation for each grid section is performed. By simulating the gas flow over the entire space by combining the results, a change in the gas flow can be analyzed. Also, when analyzing changes in airflow over time and airflow conditions in different time zones, it is also possible to analyze the change in gas flow in the required time zone by calculating the above formula by advancing the time every minute time. .

【0030】球体モデルの回転を考慮するにあたり、方
程式を離散化する際、上記2式の分母を各時間刻み毎に
回転に応じて変更していく必要がある。球体モデルが回
転しない場合は、任意の格子区画においてその格子区画
が一定なので常に上記2式の分母は一定であるが、球体
モデルが回転する場合は、格子区画の移動に伴い、式中
の分母の評価を格子区画の位置移動に対応させる必要が
あり、格子区画の移動後の位置での座標・物理量を参照
させることが要求され、それに伴い、式中の分母が変更
される。
In considering the rotation of the spherical model, when the equations are discretized, it is necessary to change the denominator of the above two equations at each time interval according to the rotation. When the sphere model does not rotate, the denominator of the above two equations is always constant because the grid section is constant in an arbitrary grid section. However, when the sphere model rotates, the denominator Is required to correspond to the movement of the position of the grid section, and it is required to refer to the coordinates and physical quantities at the position after the movement of the grid section, and accordingly, the denominator in the equation is changed.

【0031】上記演算の結果を基に上記球体モデル周囲
の気体の流れにかかる流れ方向と流れ速度を、ベクトル
方向およびベクトル長さにより可視化して解析してい
る。また、上記演算結果から同様に、球体モデル周囲の
気体の流れにかかる圧力分布を等圧線または圧力の等値
面により可視化し、渦度分布も渦度の等値線または等値
面により可視化してそれぞれ解析している。このように
得られる演算結果の数値を、ベクトルや等圧線等で置き
換えることにより、気体流にかかる各種運動を可視化で
きる。
Based on the result of the above calculation, the flow direction and the flow velocity of the gas flow around the spherical model are visualized and analyzed by the vector direction and the vector length. Similarly, from the above calculation results, the pressure distribution applied to the flow of the gas around the sphere model is visualized by isobars or isosurfaces of pressure, and the vorticity distribution is visualized by isolines or isosurfaces of vorticity. Each is analyzed. By substituting the numerical value of the calculation result obtained in this way with a vector, an isobar, or the like, it is possible to visualize various movements of the gas flow.

【0032】このような可視化を通じて、回転している
球体モデルの凹部や溝部による気体流の変化を明確に把
握することができ、回転中の物体の凹部や溝部と空力特
性との因果関係も判断できる。なお、球体モデル周囲の
気体流の可視化は、上記以外にも演算結果を基に流線、
流跡線、パーティクルトレース、またはボリュームレン
ダリング等にも対応することが可能であり、気体流の演
算結果の数値を専用の可視化プログラムあるいは市販の
汎用可視化ソフト等に投入することで数値に対応する各
種状況を目的に応じて可視化できる。なお、ボリューム
レンダリングとは空間をその座標における物理量(圧
力、密度等)で色分けすることであり、圧力の高低や密
度の差を色の差で表すことを指す。
Through such visualization, it is possible to clearly grasp the change in the gas flow due to the recesses and grooves of the rotating sphere model, and to determine the causal relationship between the recesses and grooves of the rotating object and the aerodynamic characteristics. it can. In addition, the visualization of the gas flow around the sphere model is based on the calculation results other than the above,
It is also possible to support trajectory, particle trace, volume rendering, etc., and input the numerical value of the calculation result of the gas flow into a dedicated visualization program or commercially available general-purpose visualization software etc. The situation can be visualized according to the purpose. Note that volume rendering refers to color-coding a space by physical quantities (pressure, density, and the like) at its coordinates, and indicates that a difference in pressure level or density is represented by a color difference.

【0033】上記のように球体モデルの表面部あるいは
空間部を分割した各格子区画の形状は、六面体、五面
体、四面体といった種々の多面体形状で形成することが
でき、これらの各形状の多面体を適宜組み合わせて格子
状に区画してもよい。
The shape of each grid section obtained by dividing the surface portion or space portion of the spherical model as described above can be formed in various polyhedral shapes such as hexahedron, pentahedron, and tetrahedron. May be appropriately combined to form a grid.

【0034】また、このように区画した格子区画毎に滑
らかに連続する方程式を切り分けて離散化する方法とし
ては、有限差分法、有限体積法、境界要素法、有限要素
法等のいずれかの方法を用いて、格子点毎、格子中心
毎、各区画内毎等に上記演算を行うようにしてもよい。
As a method of cutting and discretizing a smoothly continuous equation for each of the divided grid sections, any one of a finite difference method, a finite volume method, a boundary element method, a finite element method and the like can be used. The above calculation may be performed for each grid point, each grid center, each section, etc.

【0035】比較的速度が小さい演算においては、気体
を非圧縮性として扱うことが可能なので気体密度を一定
にして演算してもよい。また、圧縮性を考慮して密度を
変数として扱ってもよく、この場合にはエネルギー保存
式を考慮する必要がある。
In the calculation at a relatively low speed, the gas may be treated as incompressible, so that the calculation may be performed with the gas density kept constant. Further, density may be treated as a variable in consideration of compressibility, and in this case, it is necessary to consider an energy conservation equation.

【0036】演算に関しては、上述した離散化した連続
の式およびナビエストークスの方程式に数値を代入して
直接計算してもよく、気体流を乱流モデルとして乱流速
度を加味した速度値を代入して計算してもよい。さら
に、このような演算においては、球体モデル表面での流
速を滑りなしの条件として球体モデル表面と接して流れ
る気体速度をゼロ、即ち、v=球体の回転速度とし、表
面での圧力条件、計算領域の外面での速度、圧力条件は
内部流れが滞らないように適宜設定する。また、前述し
たように球体モデルの回転を考慮し、物体表面と接する
気体速度を物体の回転速度成分と同等の値に設定しても
よい。
The calculation may be directly performed by substituting numerical values into the above-described discrete equation and Navier-Stokes equation, and using a gas flow as a turbulence model and substituting a velocity value taking turbulence velocity into consideration. May be calculated. Further, in such an operation, the velocity of the gas flowing in contact with the surface of the spherical model is set to zero, that is, v is the rotational speed of the spherical body, and the pressure condition on the surface is calculated. The speed and pressure conditions on the outer surface of the region are appropriately set so that the internal flow is not stagnated. Further, as described above, in consideration of the rotation of the spherical model, the gas velocity in contact with the surface of the object may be set to a value equivalent to the rotational speed component of the object.

【0037】上記空間部は、上記球体モデルの表面から
空間部の端までの寸法が、上記凹部あるいは溝部の深さ
(上記凸部あるいは突起部の高さ)の寸法の10倍以上
10000倍以下になるように設定している。これによ
り、精度が高く演算効率も優れたシミュレーションを実
現できる。球体モデルの表面より外方へ離反する方向の
空間部の寸法は、凹部あるいは溝部等の周囲の気体の影
響を解析するために、少なくとも凹部あるいは溝部等の
深さの10倍は必要であり、上限としては凹部あるいは
溝部等の影響が及ばないで気体の流れが一様となる範囲
で演算に要する時間等がかからないようにするために、
凹部あるいは溝部等の深さの10000倍とするのが最
適である。
The dimension of the space from the surface of the spherical model to the end of the space is 10 times or more and 10000 times or less of the depth of the recess or groove (height of the projection or protrusion). It is set to become. As a result, it is possible to realize a simulation with high accuracy and excellent operation efficiency. The dimension of the space in the direction away from the surface of the spherical model outward is required to be at least 10 times the depth of the recess or groove, in order to analyze the influence of the surrounding gas such as the recess or groove. As an upper limit, in order to avoid the time required for the calculation within a range where the gas flow is uniform without being affected by the concave portion or the groove portion, etc.,
It is optimal that the depth is 10,000 times the depth of the concave portion or the groove portion.

【0038】球体モデルの表面から外方(空間部の端)
へ向かって1/Re0.5(Reはレイノルズ数、Re
=代表速度×代表長さ/気体の動粘度)以下の範囲に位
置する上記空間部の各格子区画の厚さを、1/(100
0・Re0.5)以上1/Re0.5以下の範囲で球体
モデルの表面から外方へ向かって増加させて設定してい
る。なお、球体回転を考慮する場合において、格子区画
の厚さとは球体モデルの回転軸と垂直な方向の長さを指
し、格子区画の高さとは球体モデルの回転軸方向の長さ
を指し、格子区画の幅とは球体モデルの回転方向の長さ
を指す。
Outward from the surface of the spherical model (edge of space)
Toward 1 / Re 0.5 (Re is Reynolds number, Re
= Representative velocity × Representative length / Kinematic viscosity of gas) The thickness of each grid section of the space located in the range of 1 / (100
The value is set so as to increase outward from the surface of the sphere model in the range of not less than 0 · Re 0.5 ) and not more than 1 / Re 0.5 . When considering sphere rotation, the thickness of the grid section refers to the length in the direction perpendicular to the rotation axis of the sphere model, the height of the grid section refers to the length in the rotation axis direction of the sphere model, The width of the section indicates the length of the spherical model in the rotation direction.

【0039】球体モデルの表面付近は、境界層となり気
体の流れ速度が大きく変化するため、上記のように球体
モデルの表面から1/Re0.5以内の範囲の空間部の
格子区画は、細かく区分することで詳細に気体の流れを
シミュレーションし、凹部あるいは溝部等と気体流れの
変化に対する関連を詳しく解析することができる。ま
た、球体モデルの表面付近を離れると、流れ速度の変化
は緩やかになるため、格子区画を上記のように大きく分
割して演算回数を減らして演算効率を高めて、シミュレ
ーションに要する時間を削減できる。
Since the vicinity of the surface of the sphere model becomes a boundary layer and the flow velocity of the gas changes greatly, the lattice section of the space within 1 / Re 0.5 from the surface of the sphere model is fine as described above. By dividing the gas flow, the gas flow can be simulated in detail, and the relationship between the concave portion or the groove and the change in the gas flow can be analyzed in detail. In addition, when leaving the vicinity of the surface of the sphere model, the change in the flow velocity becomes gentle, so that the grid section is largely divided as described above to reduce the number of calculations, increase the calculation efficiency, and reduce the time required for the simulation. .

【0040】また、各格子区画の幅、及び高さは、凹部
あるいは溝部等の影響を確実に確認できるようにするた
めに、凹部あるいは溝部等の幅(凹部が丸の場合は直
径)の4分の1以下程度の寸法にするのが好ましい。な
お、上述の空間部や格子区画等は無次元空間における設
定なので、数値は無次元数となり単位は付加されない
が、実際のゴルフボール等に基づいて気体流シミュレー
ションを行う場合は、有次元空間に戻す必要があり、無
次元空間の数値に相当する単位を付加して評価を行う。
The width and height of each grid section are set to 4 (the diameter if the concave portion is a circle) of the concave portion or the groove portion so that the influence of the concave portion or the groove portion can be surely confirmed. It is preferable that the size be about one-less or less. In addition, since the above-mentioned space part and the grid section are set in the non-dimensional space, the numerical value is a non-dimensional number and the unit is not added.However, when performing the gas flow simulation based on an actual golf ball or the like, the dimensional space is used. It is necessary to return, and a unit corresponding to a numerical value in the dimensionless space is added to perform evaluation.

【0041】さらに、より詳細なシミュレーションを行
う場合は、気体の流入条件として速度分布や気流の乱れ
条件を気体の流れに付加してもよく、球体モデル表面の
空間部が充分に広い場合等は、流入速度を一様の流速に
するなどの条件を設定してもよい。また、流入する気体
の流れ方向は、上記シミュレーション方法で評価する目
的に応じて回転する球体に対する流れ方向を適宜設定す
ることができる。なお、球体モデル表面より離れた空間
部の上方では凹部あるいは溝部等による影響が弱まるた
め球体モデル表面に対する圧力はゼロ、流入出速度は一
様の流速でシミュレーションを行うことで、一段と現実
的なシミュレーションを行える。
Further, when a more detailed simulation is performed, a velocity distribution or a turbulence condition of the gas flow may be added to the gas flow as the gas inflow condition, and when the space on the surface of the spherical model is sufficiently large, etc. Alternatively, conditions such as setting the inflow velocity to a uniform velocity may be set. In addition, the flow direction of the flowing gas can be set as appropriate with respect to the rotating sphere in accordance with the purpose evaluated by the simulation method. In addition, since the influence of the recesses or grooves is weakened above the space part far from the spherical model surface, the pressure on the spherical model surface is zero, and the inflow and outflow speeds are simulated at a uniform flow velocity. Can be performed.

【0042】球体モデルを、ディンプルを設けたゴルフ
ボール等の凹部や溝部等を有する球体にあてはめ、球体
モデル周囲の気体流のシミュレーション結果をゴルフボ
ールのディンプル設計等に役立てることができる。これ
により、バックスピン等の回転を伴いながら気体中を飛
行するゴルフボールの設計に役立てることができる。
The sphere model is applied to a sphere having a concave portion, a groove, or the like, such as a golf ball having a dimple, and a simulation result of a gas flow around the sphere model can be used for designing a dimple of the golf ball. This can be useful for designing a golf ball that flies in a gas with rotation such as backspin.

【0043】具体的には、上記のようにコンピュータで
凹部や凸部あるいは溝部や突起部を有する球体モデル周
囲の気体流をシミュレーションして可視化すると、凹部
や溝部等の周囲の流れの状況、および気体の流れが乱入
に遷移して凹部や溝部の効果が生じているかを一目で判
断することができ、設計した凹部や溝部等の大きさ、配
置、配列等が最適か否かを容易に評価できる。また、本
発明のシミュレーション方法では、抗力係数、揚力係
数、モーメント係数を求めることができ、特に、モーメ
ント係数を求めることができるため、さらに評価精度を
向上することができる。特に、ゴルフボールのディンプ
ル効果は、ボール表面での気体の流れである境界層を積
極的に乱流化し、ボール表面から流れの剥離点を後方へ
移動させることで、気体抵抗を削減することであるた
め、上記のような解析結果を有効に活用することができ
る。その結果、ゴルフボールの試作および実験を行わず
にゴルフボールの評価が可能となり、設計に係る無駄も
解消されゴルフボール開発のスピードアップに貢献でき
ると共に開発費用も大幅に削減できる。
More specifically, when the gas flow around the spherical model having the concave portion, the convex portion, the groove portion, and the projection portion is simulated and visualized by the computer as described above, the state of the flow around the concave portion, the groove portion, and the like, and It is possible to determine at a glance whether the effect of the recesses and grooves has occurred due to the transition of the gas flow into the intrusion, and easily evaluate whether the size, arrangement, arrangement, etc. of the designed recesses and grooves are optimal. it can. Moreover, in the simulation method of the present invention, the drag coefficient, the lift coefficient, and the moment coefficient can be obtained. In particular, since the moment coefficient can be obtained, the evaluation accuracy can be further improved. In particular, the dimple effect of a golf ball is to reduce the gas resistance by actively turbulently flowing the boundary layer, which is the gas flow on the ball surface, and moving the separation point of the flow backward from the ball surface. Therefore, the analysis result as described above can be effectively used. As a result, the golf ball can be evaluated without performing a trial production and an experiment of the golf ball, and the waste relating to the design can be eliminated, which can contribute to speeding up the development of the golf ball and greatly reduce the development cost.

【0044】また、本シミュレーションの解析結果は、
上記ゴルフボールに限らず、テニスボール等の表面に凹
部あるいは溝部等を有する球体が気体中を回転しながら
飛行する際の球体表面の気体の流れの解明に役立てるこ
とができる。
The analysis result of this simulation is as follows.
The present invention can be used not only for the golf ball described above but also for elucidating the flow of gas on the surface of a sphere when a sphere having a concave portion or a groove on the surface of a tennis ball or the like flies while rotating in the gas.

【0045】なお、上記した気体流のシミュレーション
方法は、プログラムの形態でCD、DVD等の記憶媒体
に記録し、これら記録したCD、DVD等から汎用コン
ピュータでプログラムを読み出すことにより、当該コン
ピュータを気体流シミュレーション装置として機能させ
ることができる。
In the above-described method of simulating a gas flow, the computer program is stored in a storage medium such as a CD or DVD in the form of a program, and the computer is read out of the recorded CD or DVD by a general-purpose computer. It can function as a flow simulation device.

【0046】[0046]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1は、本発明の気体流シミュレー
ション方法にかかるシミュレーション装置10であり、
CPUや記憶装置等を備えた本体部10aとディスプレ
イ10b等からなるコンピュータをハード的に利用して
いる。ソフト的には本体部10aの記憶装置に本発明の
シミュレーション方法にかかるプログラムが保存されて
おり、上記シミュレーション用プログラムの実行で種々
の気体流シミュレーションを可能にしている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a simulation apparatus 10 according to the gas flow simulation method of the present invention,
A computer including a main unit 10a having a CPU, a storage device, and the like, a display 10b, and the like is used as hardware. In terms of software, a program according to the simulation method of the present invention is stored in a storage device of the main body 10a, and various gas flow simulations are enabled by executing the simulation program.

【0047】図2は、シミュレーション装置10に内蔵
されたプログラムのシミュレーション方法の流れを示し
ており、まず、シミュレーション装置10は、シミュレ
ーションの準備段階として、図3にも示すように、プロ
グラムに含まれる作図ソフトでシミュレーションにかか
る対象の物体として、球体モデル20をコンピュータの
仮想空間上で三次元的に作成している。上記作図ソフト
では、作成した物体の表面に凹凸を設ける等、表面の形
状も様々に作成可能にしている。
FIG. 2 shows a flow of a method of simulating a program incorporated in the simulation apparatus 10. First, the simulation apparatus 10 is included in the program as shown in FIG. A sphere model 20 is created three-dimensionally in a virtual space of a computer as an object to be simulated by drawing software. In the above drawing software, various shapes of the surface can be created, such as providing irregularities on the surface of the created object.

【0048】本実施形態では、球体モデル20の表面2
0aの全面に渡って、390個の凹部20bを設けてい
る。球体モデル20はゴルフボールを想定し、凹部20
bはディンプルを想定している。このようにして、シミ
ュレーションの対象となる球体モデル20を設定してい
る。
In the present embodiment, the surface 2 of the spherical model 20
390 recesses 20b are provided over the entire surface of Oa. The sphere model 20 is assumed to be a golf ball,
b assumes a dimple. Thus, the sphere model 20 to be simulated is set.

【0049】次に、図4乃至図7に示すように、気体流
のシミュレーション対象となる空間をモデル化するため
に、球体モデル20の周囲に空間部21を設定してい
る。この際、演算効率を考慮した上で球体モデル20の
表面20aの凹部20bによる気流の変化の状態を充分
に評価できるように、球体モデル20の表面20aから
空間部21の端までの寸法を凹部20bの深さ寸法の1
0倍から100倍の範囲で適宜設定している。
Next, as shown in FIGS. 4 to 7, a space 21 is set around the spherical model 20 in order to model a space to be simulated for gas flow. At this time, the dimension from the surface 20a of the spherical model 20 to the end of the space 21 is reduced so that the state of the change of the airflow due to the concave portion 20b of the surface 20a of the spherical model 20 can be sufficiently evaluated in consideration of the calculation efficiency. 1 of the depth dimension of 20b
It is set appropriately within the range of 0 to 100 times.

【0050】そして、空間部21をブロック状に分割し
て、多数の格子区画22を形成し、同様に球体モデル2
0の表面部20cの全体をブロック状に分割して、多数
の格子区画23を形成している。格子区画22、23は
6面体とし、非構造格子としている。また、球体モデル
20がその回転軸i周りに回転している状態を想定し
て、球体モデル20の表面部20cあるいは球体モデル
20近傍の空間部の格子区画22、23をそれぞれ以下
のように設定している。なお、空間部21と球体モデル
20の表面部20cの全体について格子区画22、23
を形成しているが、表示の都合上、図7においては、空
間部21と球体モデル20の表面部20cの一部のみを
格子状に表している。
Then, the space 21 is divided into blocks to form a large number of grid sections 22.
The entirety of the surface portion 20c is divided into blocks to form a large number of lattice sections 23. The grid sections 22 and 23 are hexahedrons and are unstructured grids. Further, assuming that the sphere model 20 is rotating around its rotation axis i, the grid sections 22 and 23 of the surface part 20c of the sphere model 20 or the space part near the sphere model 20 are set as follows. are doing. It should be noted that grid sections 22, 23 are provided for the entire space 21 and the surface 20c of the sphere model 20.
However, for convenience of display, in FIG. 7, only the space 21 and a part of the surface 20 c of the sphere model 20 are shown in a lattice shape.

【0051】図8に示すように、空間部21の格子区画
22は、球体モデル20を含む領域1と、その領域1の
外周空間の領域2の2つの区画に分割している。そし
て、領域1自身が回転することにより、球体モデル20
の回転を表している。2つの領域の界面付近では、速度
と圧力(流入質量、運動量等)等の物理量を数学的に2
次線形補間により補間することで気体の流れを各領域間
で伝達し演算している。領域1は球体モデル20の周り
を回転させるために球形とし、外側の領域2もそれに応
じて球形としている。また、球体モデル20の断面の円
の直径をDとすると、領域1は、該断面の円と中心を同
じとし、半径が1Dの球状としている。また、領域2
は、球体モデルの断面の円の中心と領域2の端部との距
離が20D以下の範囲で適宜設定している。なお、本シ
ミュレーションにおいて、格子区画を構成する節点数は
1179300とし、領域1は、その径方向L1に81
メッシュ、領域2は、その径方向L2に100メッシ
ュ、領域1、2は各々円周方向Wに362メッシュ、ま
た球体モデル20もメッシュに区切られている(なお、
表示の都合上、図中では実際のメッシュの数よりも線の
数を少なくしている。)。
As shown in FIG. 8, the grid section 22 of the space section 21 is divided into two sections: a region 1 including the spherical model 20 and a region 2 in the outer peripheral space of the region 1. When the region 1 itself rotates, the spherical model 20
Represents the rotation of. In the vicinity of the interface between the two regions, physical quantities such as velocity and pressure (inflow mass, momentum, etc.) are mathematically calculated as 2
By interpolating by the next linear interpolation, the flow of gas is transmitted between the respective regions and calculation is performed. The area 1 is spherical for rotation around the spherical model 20, and the outer area 2 is spherical accordingly. Further, assuming that the diameter of the circle of the cross section of the sphere model 20 is D, the region 1 has the same center as the circle of the cross section and has a spherical shape with a radius of 1D. Region 2
Is appropriately set in a range where the distance between the center of the circle of the cross section of the sphere model and the end of the region 2 is 20D or less. In this simulation, the number of nodes constituting the grid section was 1179300, and the area 1 was 81 in the radial direction L1.
The mesh and region 2 are divided into 100 meshes in the radial direction L2, the regions 1 and 2 are divided into 362 meshes in the circumferential direction W, and the sphere model 20 is also divided into meshes.
For convenience of display, the number of lines is smaller than the actual number of meshes in the figure. ).

【0052】空間部21を分割する格子区画22の大き
さは種々設定可能であり、部分的に各区画寸法等を相違
させることも可能にしている。図9では、深さtである
凹部20bを有する球体モデル20の表面20aの近傍
は境界層となり気体流の変化が大きく、上方は気体流の
変化も小さいことを考慮して、球体モデル20の表面2
0aの近傍では、格子区画22の厚さを小さく分割し、
外方へ行くに従い徐々に厚さを大きくしている。具体的
には、球体モデル22の表面22aから外方へ1/Re
0.5(Reはレイノルズ数、Re=代表速度×代表長
さ/気体の動粘度)以下の範囲に位置する各格子区画2
2の厚さdhは、計算精度が向上するため、本実施形態
では均一になるように設定している。また、球体モデル
20の表面20aから1/Re .5より外方に位置す
る各格子区画22の厚さhは、計算精度を保持しながら
計算時間を短くするため、1/Re0.5より大きく
し、外方にむけて徐々に大きくなるように設定してい
る。なお、上記代表速度はボール飛行速度であり、代表
長さは球体直径である。なお、球体モデル22の表面2
2aから外方へ1/Re0.5以下の範囲に位置する各
格子区画22の厚さdhは、レイノズル数と関連づけて
1/(1000・Re0.5)以上1/Re0.5以下
の範囲で外周方向に向けて徐々に広くなるように設定し
てもよい。
The size of the grid section 22 which divides the space portion 21 can be variously set, and the size of each section can be partially different. In FIG. 9, in consideration of the fact that the vicinity of the surface 20 a of the sphere model 20 having the concave portion 20 b having the depth t becomes a boundary layer, the change of the gas flow is large, and the change of the gas flow is small above the sphere model 20. Surface 2
In the vicinity of 0a, the thickness of the grid section 22 is divided into small pieces,
The thickness gradually increases outward. Specifically, 1 / Re moves outward from the surface 22a of the spherical model 22.
0.5 (Re is Reynolds number, Re = representative velocity × representative length / kinematic viscosity of gas)
The thickness dh of 2 is set to be uniform in the present embodiment in order to improve calculation accuracy. Also, from the surface 20a of the sphere model 20, 1 / Re 0 . The thickness h of each of the grid sections 22 located outside of 5 is set to be larger than 1 / Re 0.5 in order to shorten the calculation time while maintaining the calculation accuracy, and gradually increases toward the outside. Is set to The representative speed is a ball flight speed, and the representative length is a sphere diameter. The surface 2 of the spherical model 22
The thickness dh of each lattice section 22 located in a range of 1 / Re 0.5 or less outward from 2a is 1 / (1000 · Re 0.5 ) or more and 1 / Re 0.5 or less in relation to the number of Reynolds nozzles. May be set so as to gradually increase in the outer peripheral direction in the range of.

【0053】また、各格子区画22の形状は、図10に
示すように、六面体に形成し、これら格子区画22にお
ける位置を規定するため、空間部21において球体モデ
ル20の表面20aに垂直で後述する流体を流す方向と
一致する方向をx方向、x 方向と同一面上で直交す
る方向をx方向、x方向とx方向で形成される面
の垂直方向(球体モデル20の回転軸iの方向)をx
方向に設定している。
The shape of each grid section 22 is shown in FIG.
As shown, it is formed in a hexahedron and
Sphere model in the space 21
Direction perpendicular to the surface 20a of the
X for matching direction1Direction, x 1Orthogonal on the same plane as the direction
X direction2Direction, x1Direction and x2Surface formed by direction
Is the vertical direction (the direction of the rotation axis i of the sphere model 20) as x3
The direction is set.

【0054】上記のように空間部21および格子区画2
2をモデル化した後、シミュレーション用プログラム
は、図11に示すように、気体(空気)Tを球体モデル
20の表面20aに向かって空間部21の一面21a側
から流入させ、球体モデル20の表面20aを通過させ
空間部21中を、図中の矢印の向きに流している。この
ような気体Tの流れに関する運動は、下記に示す一般的
な物体の運動における質量保存則に相当する連続の式
(1)および一般的な物体の運動量保存則に相当するナ
ビエストークスの式(2)を用いて表すようにしてい
る。なお、本シミュレーションにおいては、相対速度を
考慮し、球体モデルが回転しながら飛行速度Vで飛行し
ている状態を、球体モデルが一定位置で回転していると
ころを速度Vの空気が通過する状態を同一とみなしてい
る。なお、圧縮性を考慮する場合は、式(1)(2)に
加えて、式(α)のエネルギー保存式を考慮することが
必要である。
As described above, the space 21 and the grid section 2
2, the simulation program causes the gas (air) T to flow toward the surface 20 a of the sphere model 20 from the one surface 21 a side of the space 21 as shown in FIG. 20a is passed through the space 21 in the direction of the arrow in the figure. Such a motion related to the flow of the gas T is represented by a continuous equation (1) corresponding to a general law of conservation of mass in the motion of a general object and a Navier-Stokes equation (1) corresponding to a general law of conservation of momentum of a general object. 2). In this simulation, considering the relative speed, the state in which the sphere model is flying at the flight speed V while rotating is the state in which the air at the velocity V passes while the sphere model is rotating at a fixed position. Are considered the same. When the compressibility is considered, it is necessary to consider the energy conservation equation of equation (α) in addition to equations (1) and (2).

【0055】[0055]

【数1】 (Equation 1)

【0056】上記式(1)(2)は、テンソル形式で表
記されており、ρは気体の密度、vは速度、Kは気体の
単位質量当たりに働く外力、Pは気体に働く応力テンソ
ル、tは時間、Eは単位質量当たりの全エネルギー、
Θは熱流ベクトル、Qは単位質量当たりの発熱量、Vは
体積、Sは面積を示している。なお、外力Kには重力や
浮力等が該当し、応力テンソルPには物体表面への圧力
や剪断成分が該当する。また、Pij(i、j=1、
2、3)は、上述したxによる三次元空間座
標系における9個の数により下記の3行3列の行列であ
る数式(3)で表記できる。 P111113 212223 313233 …(3)
Equations (1) and (2) are expressed in tensor format.
Where ρ is the density of the gas, v is the velocity, and K is the
External force acting per unit mass, P is stress tensor acting on gas
Le, t is time, EtIs the total energy per unit mass,
Θ is the heat flow vector, Q is the calorific value per unit mass, and V is
The volume, S, indicates the area. It should be noted that the external force K includes gravity and
The buoyancy corresponds to the pressure t
And shear components. Also, Pij(I, j = 1,
2, 3) is the above-mentioned x1x2x3Three-dimensional space
A matrix of 3 rows and 3 columns is shown below based on 9 numbers in the reference frame.
It can be expressed by Equation (3). P11 P11 P13  P21 P22 P23  P31 P32 P33 … (3)

【0057】上記のような球体モデル20の周囲に連続
して気体Tを流すシミュレーションでは、空間部21の
各格子区画22毎に空気の流れを演算により解析してい
る。この演算に上記二式(1)(2)を用いており、空
間部21を格子区画22で区切ったことに対応して上記
二式を離散化して演算を行っている。なお、シミュレー
ションの方法はシミュレーションの条件等を考慮して有
限差分法、有限体積法、境界要素法、有限要素法等を適
宜選択して行っている。
In the above-described simulation in which the gas T flows continuously around the spherical model 20, the flow of air is analyzed by calculation for each grid section 22 of the space 21. The above two equations (1) and (2) are used in this calculation, and the two equations are discretized and the calculation is performed in accordance with the division of the space portion 21 by the grid sections 22. The simulation method is performed by appropriately selecting a finite difference method, a finite volume method, a boundary element method, a finite element method, or the like in consideration of simulation conditions and the like.

【0058】上記離散化された二式による演算は、有限
差分法を用いる場合であれば、例えば、各格子区画22
の各交点で微小時間dt毎に逐次演算を行い、特定時間
における気体の流れに関する運動要素である気体速度、
流れ方向、物体表面への気体圧力をそれぞれ求め、これ
ら各交点の演算結果を組み合わせることで空間部21全
体の気体の流れにかかる運動を数値化できる。以降、微
小時間dt経過毎に上記と同様の演算を行い、各時間帯
における気体流の運動を数値化している。また、上記演
算は各格子区画22の交点で行う以外には、各格子区画
22の中心や格子面上で行ってもよい。
In the case of using the finite difference method, the calculation by the above-mentioned discretized two equations is performed, for example, in each grid section 22.
At each intersection of minute time dt, a gas velocity, which is a kinetic element related to gas flow at a specific time,
By calculating the flow direction and the gas pressure on the object surface, and combining the calculation results at these intersections, the motion of the gas flow in the entire space 21 can be quantified. Thereafter, the same calculation as described above is performed every elapse of the minute time dt, and the motion of the gas flow in each time zone is digitized. Further, the above-described calculation may be performed at the center of each grid section 22 or on the grid surface, instead of being performed at the intersection of each grid section 22.

【0059】上記のようにして求められた気体流の運動
に関する各数値は専用あるいは汎用の可視化ソフトを用
いて視覚的に表示しシミュレーションの結果を判断して
いる。可視化する場合、例えば、速度の方向と大きさの
みをベクトルで表示して物体表面や周囲の速度がどのよ
うになっているかを表示したり、物体表面への同じ圧力
値を結んだ等圧線や等圧面で圧力分布を表示するなどし
て、気体の流れに関する種々の要素を視覚的に示してい
る。このようにして球体モデル表面の形状等が如何に周
囲の気体の流れに影響を及ぼすか可視化して、物体表面
形状の設計等に役立てている。本実施形態では、空気の
運動を可視化するため、演算値を基に市販の可視化ソフ
ト(FIELD VIEW:米国Intelligen
t Light社製)を使用して、空気の流れ状況を可
視化している。
Each numerical value relating to the motion of the gas flow obtained as described above is visually displayed using dedicated or general-purpose visualization software, and the result of the simulation is determined. In the case of visualization, for example, only the direction and magnitude of the speed are displayed as a vector to indicate how the speed of the object surface and surroundings are, or isobaric lines connecting the same pressure value to the object surface, etc. Various factors related to the gas flow are visually shown, for example, by displaying the pressure distribution on the pressure surface. In this way, it is possible to visualize how the shape of the spherical model surface affects the flow of the surrounding gas, which is useful for designing the surface shape of the object. In this embodiment, in order to visualize the motion of air, commercially available visualization software (FIELD VIEW: Intelligen, USA) is used based on the calculated values.
(T Light) is used to visualize the air flow situation.

【0060】具体的には、図12では、ある時間におけ
る球体モデル20の周囲の渦流の渦度分布状況を渦度の
等値面で示している。また、球体モデル20表面の圧力
(Pressure)分布も示している。このように、
可視化ソフトを用いることで、球体モデル20の後流部
では、細い構造の渦が発生していることを確認すること
ができ、また、渦がボールから剥離する様子等も確認で
きる。
More specifically, FIG. 12 shows the vorticity distribution state of the eddy current around the spherical model 20 at a certain time on the vorticity isosurface. Further, a pressure (Pressure) distribution on the surface of the spherical model 20 is also shown. in this way,
By using the visualization software, it is possible to confirm that a vortex having a thin structure is generated in the downstream part of the sphere model 20, and that the vortex is separated from the ball.

【0061】図13、図14では、ある時間における球
体モデル20の周囲の空気の流れの様子を、流線(流速
Velocity)を用いて示している。これにより、
ボールを過ぎた直後の流れが複雑に入り組んでいる状況
等が確認できる。図15では、球体モデル20表面での
圧力分布を示している。これにより、1つの凹部内にお
いても、圧力が分布をもつ様子を確認することができ
る。具体的には、圧力分布状況に応じてボール表面を色
分け等することにより圧力分布を可視化している。ま
た、図15においては、球体モデル20表面において
(圧力分布、A高→E低)、図面上、上部の圧力は、下
部の圧力よりも低くなっている(上部の方が圧力の低い
領域Eが多い)。このように、圧力分布を可視化するこ
とで、揚力が発生していること等を確認できる。
FIGS. 13 and 14 show the flow of air around the sphere model 20 at a certain time using streamlines (velocity Velocity). This allows
It can be confirmed that the flow immediately after the ball is complicated. FIG. 15 shows a pressure distribution on the surface of the sphere model 20. Thus, it is possible to confirm that the pressure has a distribution even in one recess. Specifically, the pressure distribution is visualized by color-coding the surface of the ball according to the pressure distribution status. Further, in FIG. 15, on the surface of the spherical model 20 (pressure distribution, A high → E low), the upper pressure is lower than the lower pressure in the drawing (the upper pressure region E is lower in the drawing). Often). Thus, by visualizing the pressure distribution, it is possible to confirm that a lift is generated.

【0062】なお、渦度分布や圧力分布は渦度や圧力の
等値線により可視化するようにしてもよい。また、上記
以外にも演算値を基に、流れ速度及び流れ方向、流線、
流跡線、パーティクルトレース等も線分や色分け等で可
視化可能である。なお、空気Tの流れ方向は、上記演算
で各三次元直交座標毎の成分を合成した速度方向と一致
させている。
The vorticity distribution and pressure distribution may be visualized by vorticity and pressure isolines. In addition to the above, based on the calculated values, the flow velocity and flow direction, stream line,
Trajectory lines, particle traces, and the like can also be visualized by line segments, color coding, and the like. The flow direction of the air T is made to coincide with the velocity direction obtained by combining the components for each of the three-dimensional orthogonal coordinates by the above calculation.

【0063】このように、本発明のシミュレーション方
法を用いれば、凹部を有する球体モデルが回転軸周りに
回転している際の、球体周囲の空気の流れを解析できる
ため、回転体周囲の空気の流れの様子を評価することが
できる。従って、ディンプルを有するゴルフボールのよ
うな回転飛行する球体の周囲の空気の流れの様子を把握
し、ディンプル等の凹部や球体の回転が空気の流れの状
況にどのように影響を及ぼすかを判断可能にしている。
As described above, by using the simulation method of the present invention, the flow of air around the sphere when the sphere model having the concave portion is rotating around the rotation axis can be analyzed. The state of the flow can be evaluated. Therefore, the state of air flow around a rotating sphere such as a golf ball having dimples is grasped, and it is determined how the rotation of the concave portion such as a dimple or the sphere influences the state of the air flow. Making it possible.

【0064】なお、上記実施形態では、領域1と領域2
の断面形状は共に球形としているが、図16、17に示
すように、空間部51の格子区画52の設定において、
領域1は球体モデル20の周りを回転させるために球形
とし、外側の領域2は、固定のため、直方体とし、球体
モデルの後流側において、球体モデル20表面を通過し
た後の気流の乱れや挙動を解析するために、後流側の格
子区画52の領域を広く設定するようにしてもよい。
In the above embodiment, the area 1 and the area 2
Are both spherical in shape, but as shown in FIGS. 16 and 17, in setting the grid section 52 of the space 51,
The area 1 is spherical for rotation around the sphere model 20, and the outer area 2 is a rectangular parallelepiped for fixation. On the downstream side of the sphere model, the turbulence of the airflow after passing through the surface of the sphere model 20 is reduced. In order to analyze the behavior, the area of the grid section 52 on the downstream side may be set wide.

【0065】上記実施形態では、球体モデル20の表面
20aの全面に渡って、凹部20bを設けているが、凹
部20bに変わり、図18(A)に示すように、球体モ
デル30の表面30aの全面に渡って、凸部30bを設
けてシミュレーションの対象となる球体モデル30を設
定しても良い。また、図18(B)に示すように、球体
モデル30’の表面30a’に、溝部30b’を設けて
シミュレーションの対象となる球体モデル30’を設定
しても良いし、図18(C)に示すように、球体モデル
30”の表面30a”に、突起部30b”を設けてもよ
い。なお、球体モデルの表面の凹部あるいは溝部等の配
置構成、配置数は特に限定されず、上記構成の組み合わ
せ等シミュレーション評価を行いたい種々の配置とする
ことができる。
In the above embodiment, the concave portion 20b is provided over the entire surface 20a of the spherical model 20, but instead of the concave portion 20b, the surface 30a of the spherical model 30 is changed as shown in FIG. The spherical model 30 to be simulated may be set by providing the convex portion 30b over the entire surface. Also, as shown in FIG. 18B, a groove 30b ′ may be provided on the surface 30a ′ of the spherical model 30 ′ to set the spherical model 30 ′ to be simulated, or FIG. 18C. As shown in FIG. 5, a projection 30b "may be provided on the surface 30a" of the spherical model 30 ". The arrangement configuration and the number of recesses or grooves on the surface of the spherical model 30" are not particularly limited. Various arrangements for which simulation evaluation is desired, such as a combination of.

【0066】なお、上記に説明した気体流シミュレーシ
ョン方法は、シミュレーションの条件等に合わせて種々
の変形が可能であり、例えば、気体の流れを表示する式
(1)(2)を下記に示すように、積分式(4)(5)
の形で適用してもよい。なお、圧縮性を考慮する場合
は、式(4)(5)に加えて、式(β)のエネルギー保
存式を考慮することが必要である。また、気体流として
乱流モデルを用いる場合は、これら各式(1)(2)
(4)(5)において平均的な気体速度v’に対して乱
流成分の乱流速度v”を加えて値のv’+v”を速度成
分として演算してもよい。
The gas flow simulation method described above can be variously modified in accordance with simulation conditions and the like. For example, the following equations (1) and (2) representing the gas flow are shown below. The integral equations (4) and (5)
May be applied. When compressibility is considered, it is necessary to consider the energy conservation equation of equation (β) in addition to equations (4) and (5). When a turbulence model is used as the gas flow, these equations (1) and (2)
(4) In (5), the turbulence velocity v ″ of the turbulence component may be added to the average gas velocity v ′, and the value v ′ + v ″ may be calculated as the velocity component.

【0067】[0067]

【数2】 (Equation 2)

【0068】さらに、気体流の境界条件となる球体モデ
ルの表面の気体流の速度は、通常は滑りなしと考えて気
体速度v=0と設定するが、球体表面の速度をゼロにす
るのではなく、球体モデルの回転速度で球体モデル表面
の接線方向の成分を球体モデル表面に速度として演算す
るようにしてもよい。即ち、球体モデル表面の回転速度
成分v”を考慮して気体速度vに回転速度成分v”を加
えた値を速度成分として演算してもよい。
Furthermore, the velocity of the gas flow on the surface of the sphere model, which is a boundary condition of the gas flow, is set to the gas velocity v = 0, usually considering no slip, but if the velocity of the sphere surface is set to zero, Instead, the tangential component of the surface of the spherical model may be calculated as the speed on the surface of the spherical model at the rotational speed of the spherical model. That is, a value obtained by adding the rotation speed component v ″ to the gas speed v in consideration of the rotation speed component v ″ of the spherical model surface may be calculated as the speed component.

【0069】なお、格子区画22の形状は、六面体以外
にも、図19(A)(B)(C)に示す格子区画2
2’、22”、22’”のように、三角錐、四角錐、三
角柱等の形状に形成することが可能であり、さらに、図
19(D)に示すように、これら種々の形状を組み合わ
せて空間部21’を区画分割することもできる。このよ
うな多種類におよぶ空間部の格子状の区画はシミュレー
ションにかかる物体の形状や条件等を考慮して適宜決定
している。
The shape of the lattice section 22 is not limited to the hexahedron, but may be a lattice section 2 shown in FIGS. 19 (A), (B) and (C).
2 ', 22 ", and 22'", it is possible to form a triangular pyramid, a quadrangular pyramid, a triangular prism, and the like. Further, as shown in FIG. The space 21 ′ can also be partitioned. Such various kinds of lattice-shaped sections of the space are appropriately determined in consideration of the shape and conditions of the object to be simulated.

【0070】また、空間部21への気体の流入および流
出条件は一様流速とする以外に、シミュレーションの条
件に応じて、速度分布や気流の乱れ条件を流入速度に成
分として付加してもよい。
In addition to the condition of the gas flowing into and out of the space 21 being a uniform flow velocity, a velocity distribution and a turbulence condition of the gas flow may be added to the flow velocity as a component in accordance with simulation conditions. .

【0071】以下、本発明の気体流シミュレーション方
法を用いた球体のシミュレーションの実験例について詳
述する。
Hereinafter, an experimental example of a sphere simulation using the gas flow simulation method of the present invention will be described in detail.

【0072】(実験例1)上記第一実施形態と同様の方
法により、直径42.7mmの球体モデル(ゴルフボー
ル)が回転しながら速度55m/sで空気中を飛行する
際の球体モデル周囲の気体流のシミュレーションを行っ
た。
(Experimental Example 1) By a method similar to that of the first embodiment, a sphere model (golf ball) having a diameter of 42.7 mm rotates around the sphere model at a speed of 55 m / s while rotating. A simulation of gas flow was performed.

【0073】球体(ゴルフボール)表面には、直径が
2.0〜4.5mm、深さが0.12〜0.18mmの
凹部(ディンプル)を390個設けた。また、各格子区
画の厚さは無次元数であり、この無次元数を有次元空間
に置き換えた場合に相当する寸法を、dhを例にして求
めると以下のようになる。即ち、空気の動粘度νが1
5.01×10−6/sであることと、代表長さD
をゴルフボールの直径42.5mmとし、代表速度Vで
ある球体モデルの速度は55m/sと設定すると、レイ
ノルズ数Re(Re=V・D/ν)は15.4万とな
り、球体モデル表面に直近の空間部の格子区画の厚さ
(x方向)は、1/10Re0.5に代表長さDをか
けて1.083×10−2mmに相当する寸法に設定し
た。また、格子区画の幅、及び高さ寸法は、縦及び横方
向(xおよびx 方向)とも凹部(ディンプル)の内
部の気流の変化を細かく判断できるように、凹部の幅を
少なくとも10×10に分割した寸法に設定した。空気
の流入速度vは球体モデル20の速度Vが55m/s
の条件でシミュレーションするため、流入速度vも5
5m/sに設定して、球体モデル20がこの速度で飛行
しているのと同様の状況を作り出した。なお、速度を一
様流速にし、空気を非圧縮性として扱い、密度ρも一定
とし、球体モデルの表面を滑りなしの条件として球体モ
デル表面における速度成分もゼロとした。
The diameter of the sphere (golf ball) surface is
2.0-4.5mm, depth 0.12-0.18mm
390 concave portions (dimples) were provided. In addition, each grid
The thickness of the image is a dimensionless number, and this dimensionless number is
The size corresponding to the case where dh is replaced by
The result is as follows. That is, the kinematic viscosity ν of air is 1
5.01 × 10-6m2/ S and the representative length D
Is 42.5 mm in diameter of the golf ball, and at the representative speed V
If the speed of a certain sphere model is set to 55 m / s, the ray
The Nords number Re (Re = V · D / ν) is 150,000.
The thickness of the grid section in the space immediately adjacent to the spherical model surface
(X3Direction) is 1 / 10Re0.5The representative length D
1.083 × 10-2mm
Was. Also, the width and height dimensions of the grid section are vertical and horizontal.
Direction (x2And x 3Direction) and within the recess (dimple)
The width of the recess so that changes in airflow in the
The dimensions were set to at least 10 × 10. air
Inflow velocity v1Means that the velocity V of the spherical model 20 is 55 m / s
In order to simulate under the condition1Also 5
At 5 m / s, the sphere model 20 flies at this speed
Created a situation similar to what you are doing. In addition, speed
At constant velocity, treat air as incompressible, and maintain constant density ρ
And the surface of the spherical model
The velocity component on the Dell surface was also zero.

【0074】回転時の回転数は、1000rpm(SP
=0.0407)、4000rpm(SP=0.162
6)の2通りについてシミュレーションを行った。ゴル
フボールの直径をd[m]、ゴルフボールの飛行速度を
U[m/s]、回転数をN[rps]とすると、スピン
パラメータSP=πNd/Uであり、各シミュレーショ
ン結果から得られた抗力係数Cd、揚力係数Clと、上
記スピンパラメータSPの関係を図20に示す。
The rotation speed during rotation is 1000 rpm (SP
= 0.0407), 4000 rpm (SP = 0.162)
A simulation was performed for the two types of 6). Assuming that the diameter of the golf ball is d [m], the flight speed of the golf ball is U [m / s], and the number of rotations is N [rps], the spin parameter SP is πNd / U, which is obtained from each simulation result. FIG. 20 shows the relationship between the drag coefficient Cd, the lift coefficient Cl, and the spin parameter SP.

【0075】図20は、風洞気流中で高速回転するゴル
フボールの空力特性を示す図であり、実際にゴルフボー
ルを試作し、ゴルフボールの飛行速度35〜80m/s
を想定した風洞試験時のスピンパラメータと抗力係数C
d、揚力係数Clの関係をプロットし示している。ま
た、図示していないがモーメント係数についても算出可
能である。図20に示すように、本シミュレーション結
果(実験例1)は、実際に試作を行った風洞試験結果と
よく一致しており、シミュレーションの解析は、実際の
ゴルフボールの飛行時の現象と一致していることが確認
できた。このように、回転飛行する球体の回転数や表面
形状を変えることにより、種々のパターンのゴルフボー
ルについて本シミュレーションにより、回転飛行時の気
体の流れが予測可能であることが確認できた。
FIG. 20 is a graph showing the aerodynamic characteristics of a golf ball rotating at a high speed in a wind tunnel airflow. A golf ball was actually manufactured, and the flight speed of the golf ball was 35 to 80 m / s.
Parameters and drag coefficient C during wind tunnel test assuming the
The relationship between d and the lift coefficient Cl is plotted and shown. Although not shown, the moment coefficient can also be calculated. As shown in FIG. 20, the simulation results (Experimental Example 1) are in good agreement with the results of the wind tunnel test that was actually performed, and the simulation analysis is consistent with the actual golf ball flight phenomena. Was confirmed. As described above, by changing the number of revolutions and the surface shape of the rotating sphere, it was confirmed that the gas flow during the rotating flight can be predicted by the present simulation for golf balls having various patterns.

【0076】[0076]

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によれば、球体モデル周囲の気流の流れを把握すること
ができ、球体モデルに設けた凹部あるいは溝部等による
気体流の変化を解析することができる。また、凹部ある
いは溝部等の大きさや、形状、配列等に関して様々な種
類のモデルをコンピュータ上で容易に作り出すことがで
き、これら様々な凹部や溝部が周囲の気体流にどのよう
な影響を与えるかを、抗力係数、揚力係数等も考慮に入
れて客観的に、かつ、可視化ソフトにより視覚的に評価
することができる。また、回転数の違いによる、球体モ
デル周囲の気体の流れの変化、抗力係数、揚力係数、モ
ーメント係数も把握することができる。従って、回転す
る球体モデル周囲の空気の挙動を容易に把握することが
できる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the flow of the airflow around the spherical model can be grasped, and the change of the gas flow due to the concave portion or the groove provided in the spherical model can be analyzed. can do. In addition, various types of models can be easily created on a computer with respect to the size, shape, arrangement, etc. of the concave portions or the groove portions, and how these various concave portions or the groove portions affect the surrounding gas flow. Can be evaluated objectively and visually with visualization software, taking into account the drag coefficient, lift coefficient and the like. It is also possible to grasp changes in the flow of gas around the sphere model, drag coefficient, lift coefficient, and moment coefficient due to the difference in rotation speed. Therefore, the behavior of the air around the rotating sphere model can be easily grasped.

【0077】また、気体の流れの条件も種々設定可能な
ため、あらゆる条件で回転を伴う球体モデルのシミュレ
ーションを行うことができ、従来の風洞を用いて風を発
生させて実験を行う場合に比べ、はるかに多くの気体の
流れの条件に対する評価を短時間で行うことができる。
Further, since various conditions of the gas flow can be set, it is possible to simulate a sphere model with rotation under all conditions, and it is possible to simulate a conventional wind tunnel using a wind tunnel to generate wind. Thus, evaluation of far more gas flow conditions can be performed in a short time.

【0078】さらに、評価する球体モデルの凹部や溝部
等の気流への影響はコンピュータ上のシミュレーション
のみで行うため、従来のように試験体を実際に多種類試
作して実験を行う必要もなくなり、製品の開発・設計に
かかる時間や費用を大幅に低減することができる。
Further, since the influence of the concave portion and the groove portion of the sphere model to be evaluated on the air flow is performed only by simulation on a computer, it is not necessary to carry out an experiment by actually producing many types of test pieces as in the prior art. The time and cost required for product development and design can be significantly reduced.

【0079】具体的には、表面にディンプルを有するゴ
ルフボール等の回転飛行する球体等の設計に反映するこ
とができ、ディンプルの配置等に関し効率的なゴルフボ
ールの開発を進めることができる。特に、ゴルフボール
の周囲に発生する気体の挙動や気体の剥離等の様々な流
れのパターンを予測することができるため、ゴルフボー
ルがバックスピンにより回転しながら飛行する際のゴル
フボールの挙動を解析し、製品開発に役立てることがで
きる。
More specifically, this can be reflected in the design of a rotating sphere such as a golf ball having dimples on its surface, and the development of an efficient golf ball with respect to the arrangement of dimples can be promoted. In particular, since the behavior of the gas generated around the golf ball and various flow patterns such as gas separation can be predicted, the behavior of the golf ball when the golf ball flies while rotating by the back spin is analyzed. It can be used for product development.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の気体流シミュレーション方法にかか
るコンピュータの概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a computer according to a gas flow simulation method of the present invention.

【図2】 本発明の気体流シミュレーション方法のフロ
ーチャート図である。
FIG. 2 is a flowchart of a gas flow simulation method according to the present invention.

【図3】 シミュレーションの対象となる球体モデルを
示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a sphere model to be simulated;

【図4】 球体モデルの表面状態を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a surface state of a sphere model.

【図5】 球体モデルと空間部のメッシュの状態を示す
図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a state of a spherical model and a mesh in a space portion.

【図6】 空間部のメッシュの状態を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a state of a mesh in a space portion.

【図7】 球体モデルと空間部の設定状態を示す概略図
である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a setting state of a spherical model and a space.

【図8】 球体モデルを含む空間部のX平面(球
体モデルの中心を通る平面)の概略断面図である。
FIG. 8 is a schematic sectional view of an X 1 X 2 plane (a plane passing through the center of the spherical model) of a space including the spherical model.

【図9】 空間部の格子区画の概略図である。FIG. 9 is a schematic view of a grid section in a space.

【図10】 空間部の格子区画の要部詳細図である。FIG. 10 is a detailed view of a main part of a lattice section in a space.

【図11】 空間部における気体の流れの状況を示す概
略図である。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a state of a gas flow in a space.

【図12】 球体モデル周囲の渦流の渦度分布状況と球
体モデル表面の圧力分布を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a vorticity distribution state of a vortex around a sphere model and a pressure distribution on the surface of the sphere model.

【図13】 球体モデル周囲の空気の流れの様子を、流
線を用いて示した図である。
FIG. 13 is a diagram showing a state of air flow around a spherical model using streamlines.

【図14】 球体モデル周囲の空気の流れの様子と球体
モデル表面の圧力分布を示した図である。
FIG. 14 is a diagram showing a state of air flow around a spherical model and a pressure distribution on the surface of the spherical model.

【図15】 球体モデル表面の圧力分布を示す図であ
る。
FIG. 15 is a diagram showing a pressure distribution on the surface of a spherical model.

【図16】 球体モデルを含む空間部の設定状態の変形
例の断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view of a modified example of a setting state of a space including a sphere model.

【図17】 球体モデルと空間部の設定状態の変形例を
示す概略図である。
FIG. 17 is a schematic diagram showing a modified example of a setting state of a sphere model and a space.

【図18】 (A)(B)(C)は、球体モデルの変形
例の形状を示す概略図である。
FIGS. 18A, 18B, and 18C are schematic diagrams illustrating shapes of modified examples of the spherical model.

【図19】 (A)(B)(C)は、格子区画の変形例
の形状を示す概略図、(D)は空間部における変形例の
区画分割の概略図である。
FIGS. 19A, 19B, and 19C are schematic diagrams showing modified shapes of lattice sections, and FIGS. 19D and 19D are schematic diagrams of modified sections in a space.

【図20】 スピンパラメータと揚力係数、抗力係数の
関係を示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing a relationship between a spin parameter, a lift coefficient, and a drag coefficient.

【図21】 従来の計測装置の概略図である。FIG. 21 is a schematic view of a conventional measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 球体モデル 20a 表面 20b 凹部 21 空間部 22 格子区画 Reference Signs List 20 sphere model 20a surface 20b recess 21 space 22 grid section

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤澤 一裕 兵庫県神戸市中央区脇浜町3丁目6番9号 住友ゴム工業株式会社内 (72)発明者 佐嶌 隆弘 兵庫県神戸市中央区脇浜町3丁目6番9号 住友ゴム工業株式会社内 Fターム(参考) 2G023 AB27 AC01 5B046 AA00 DA02 JA04  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Kazuhiro Fujisawa 3-6-9, Wakihama-cho, Chuo-ku, Kobe City, Hyogo Prefecture Within Sumitomo Rubber Industries, Ltd. (72) Inventor Takahiro Sashima Wakihama, Chuo-ku, Kobe City, Hyogo Prefecture 3-6-9 Machi Sumitomo Rubber Industries Co., Ltd. F-term (reference) 2G023 AB27 AC01 5B046 AA00 DA02 JA04

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも一つの凹部や凸部、あるいは
溝部や突起部を有する球体モデルをコンピュータにより
設定し、 上記球体モデルの周囲に空間部を設定し、 上記球体モデルの表面部と上記空間部を格子点により多
数の格子区画を形成し、 上記球体モデルが回転している状態を想定して球体モデ
ルの表面部あるいは球体モデル近傍の空間部の格子区画
を設定し、 上記空間部の一方向から球体モデルに向かって気体を流
入させ、該気体が空間部を流れ、球体モデル表面を気体
が通過している状態で、 上記空間部の気体の流れにかかる運動要素を上記格子区
画毎に演算し、 上記球体モデルの周囲の気体の流れを解析することを特
徴とする気体流シミュレーション方法。
1. A sphere model having at least one concave or convex portion, or a groove or a projection is set by a computer, a space is set around the sphere model, and a surface portion of the sphere model and the space are set. A large number of grid sections are formed by grid points, and a grid section of the surface of the sphere model or a space section near the sphere model is set assuming a state in which the sphere model is rotating. The gas flows into the space from the sphere model, the gas flows through the space, and the gas passes through the surface of the sphere model. And analyzing the flow of gas around the spherical model.
【請求項2】 上記空間部をブロック状に分割している
請求項1に記載の気体流シミュレーション方法。
2. The gas flow simulation method according to claim 1, wherein the space is divided into blocks.
【請求項3】 上記格子区画を構造格子により形成して
いる請求項1または請求項2に記載の気体流シミュレー
ション方法。
3. The gas flow simulation method according to claim 1, wherein the grid section is formed by a structural grid.
【請求項4】 上記気体の流れにかかる運動要素は、三
次元空間座標系の各軸方向の気体流の速度、気体流の方
向、および、上記物体表面に対する気体流の圧力であ
り、 上記運動要素を気体流の質量保存式および運動量保存式
で微小時間毎に演算している請求項1乃至請求項3のい
ずれか1項に記載の気体流シミュレーション方法。
4. The moving element according to the gas flow is a velocity of the gas flow in each axial direction of the three-dimensional spatial coordinate system, a direction of the gas flow, and a pressure of the gas flow on the surface of the object. The gas flow simulation method according to any one of claims 1 to 3, wherein the elements are calculated at every minute time by a gas flow mass conservation formula and a momentum conservation formula.
【請求項5】 上記空間部に形成した格子区画を複数の
領域に分割し、上記球体モデルの後流側の空間部を大き
く設定している請求項1乃至請求項4のいずれか1項に
記載の気体流シミュレーション方法。
5. The space according to claim 1, wherein the grid section formed in the space is divided into a plurality of regions, and a space on the downstream side of the sphere model is set large. The described gas flow simulation method.
【請求項6】 上記演算の結果を基に上記球体モデル周
囲の気体の流れにかかる流れ方向と流れ速度を、ベクト
ル方向およびベクトル長さにより可視化して解析する請
求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の気体流シミ
ュレーション方法。
6. The method according to claim 1, wherein a flow direction and a flow velocity of the gas flow around the spherical model are visualized and analyzed based on a vector direction and a vector length based on a result of the calculation. 2. The gas flow simulation method according to claim 1.
【請求項7】 上記演算の結果を基に上記球体モデル周
囲の気体の流れにかかる圧力分布を等圧線または圧力の
等値面により可視化して解析する請求項1乃至請求項6
のいずれか1項に記載の気体流シミュレーション方法。
7. A pressure distribution applied to a gas flow around the sphere model based on a result of the calculation is visualized and analyzed by an isobar or a pressure isosurface.
The gas flow simulation method according to claim 1.
【請求項8】 上記演算の結果を基に上記球体モデル周
囲の気体の流れにかかる渦度分布を、渦度の等値線また
は等値面により可視化して解析する請求項1乃至請求項
7のいずれか1項に記載の気体流シミュレーション方
法。
8. A vorticity distribution applied to a gas flow around the spherical model based on a result of the calculation and visualized and analyzed by vorticity isolines or isosurfaces. The gas flow simulation method according to claim 1.
【請求項9】 上記演算の結果を基に上記球体モデル周
囲の気体の流れにかかる流線、流跡線、パーティクルト
レース、またはボリュームレンダリングを可視化して解
析する請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の気
体流シミュレーション方法。
9. The method according to claim 1, wherein a streamline, a trajectory, a particle trace, or a volume rendering relating to a gas flow around the spherical model is visualized and analyzed based on a result of the calculation. 2. The gas flow simulation method according to claim 1.
【請求項10】 上記演算の結果を基に上記球体モデル
の抗力係数、揚力係数、モーメント係数を算出している
請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の気体流シ
ミュレーション方法。
10. The gas flow simulation method according to claim 1, wherein a drag coefficient, a lift coefficient, and a moment coefficient of the spherical model are calculated based on a result of the calculation.
【請求項11】 上記空間部は、上記球体モデルの表面
から空間部の端までの寸法が、上記凹部あるいは溝部の
深さ(上記凸部あるいは突起部の高さ)の寸法の10倍
以上10000倍以下に設定している請求項1乃至請求
項10のいずれか1項に記載の気体流シミュレーション
方法。
11. The space portion has a dimension from the surface of the spherical model to an end of the space portion that is at least 10 times as large as the depth of the concave portion or the groove portion (the height of the convex portion or the projection portion) and is 10,000. The gas flow simulation method according to any one of claims 1 to 10, wherein the value is set to be twice or less.
【請求項12】 上記球体モデルの表面から外方へ向か
って1/Re0.5(Reはレイノルズ数、Re=代表
速度×代表長さ/気体の動粘度)以下の範囲に位置する
上記空間部の各格子区画の厚さを、1/(1000・R
0.5)以上1/Re0.5以下の範囲で球体モデル
の表面から外方へ向かって増加させ、 上記球体モデルの表面から1/Re0.5より上方に位
置する上記空間部の各格子区画の厚さを1/Re0.5
より大きく設定している請求項1乃至請求項11のいず
れか1項に記載の気体流シミュレーション方法。
12. The space located in a range of 1 / Re 0.5 (Re is Reynolds number, Re = representative velocity × representative length / kinematic viscosity of gas) or less outward from the surface of the spherical model. The thickness of each grid section of the part is 1 / (1000 · R
from e 0.5) or 1 / Re 0.5 the surface of a sphere model in the following range is increased toward the outside, the space located above the 1 / Re 0.5 from the surface of the spherical model The thickness of each grid section is 1 / Re 0.5
The gas flow simulation method according to any one of claims 1 to 11, wherein the value is set to be larger.
【請求項13】 上記球体はゴルフボールであると共に
上記凹部はディンプルであり、ゴルフボールのディンプ
ル周囲の気体の流れを解析している請求項1乃至請求項
12のいずれか1項に記載の気体流シミュレーション方
法。
13. The gas according to claim 1, wherein the sphere is a golf ball and the recess is a dimple, and the flow of gas around the dimple of the golf ball is analyzed. Flow simulation method.
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