JP2006009976A - 流体剥離低減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】魚類の体の表面に鱗のような小さな凸凹や、鳥類の小翼羽のように表面を過ぎる流れに小さな乱れを導入し、層流境界層を乱流境界層に変えて境界層剥離を防ぎ、層流境界層から乱流境界層に遷移するの場合に増大する摩擦抵抗を低減する装置を提供する。
【解決手段】流体の剥離が起きるのは、粘性のため物体表面の流れが速度を失っているからであり、球形や楕円形のように前後同じでも後方だけ、剥離が起きるのはそのためである。そのため、流線形の物体後部に流体の剥離を低減する回転する円筒形の滑車を設置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流体の剥離を低減する装置に関するものである。

境界層は２種類に大別されるが、その一つは層流境界層とよばれ、運動量の輸送は流体分子によって行われる。 他は乱流境界層とよばれ、運動量の輸送は流流の乱れによって行われる。 層流境界層は流体の速度が十分小さいときに生じ、気流の速度が大きいときには乱流境界層になる。摩擦抵抗を与えるこの運動量の輸送は分子よりも乱れによる方が大きく、従って摩擦抵抗も層流境界層より乱流境界層の方が大きくなる。 乱れによる運動量の輸送は乱れの大きさにも関係し、乱れの大きい方が運動量の輸送は大きくなり、摩擦抵抗も大きくなる。いずれの境界層も条件が揃うと表面から剥離し、いわゆる境界層剥離が起こるが、これを避ける必要がある。流れの速度が大きくなるとき、層流境界層は乱流境界層に移行するが、 翼表面が粗いときや気流に含まれた乱れが大きいときは、気流の速度が小さいときでも乱流境界層が現れます。乱流境界層は層流境界層に比べて剥離が起こりにくい。 この事実に目をつけて、摩擦抵抗が多少増えても、境界層剥離を防ぐために、表面を粗くしたり、流れに乱れを導入したりして、積極的に層流境界層を乱流境界層に変えることがある。 境界層剥離が起こらない限界で、なるべく小さな乱れを与えることが要求される。 ゴルフボールの表面の凸凹などはよく知られている例である。 流線形も、このような抵抗節減の方法にかなった形であることを意味する。

船舶に関しては、その流体の剥離を低減する方法として船型を改良する方法、船舶が水面に接する面積を減少する方法が挙げられるが、船型が複雑になりコストがかかる。また船舶の大型化は困難である。マイクロバブルは投入するエネルギーが大きい。ウォータージェットは抗力を利用した作動原理である。抵抗により抵抗を抑えているので期待するほどの効果は少ない。ウォータージェットに比べてプロペラスクリューは少ないエネルギーで気泡、マイクロバブル、キャビテーションを発生させやすいが、後方では良質のマイクロバブルを維持できにくいと思われる。クラウドキャビテーションになり抵抗の原因になる。流線型の対象物に障害物、リブレット等、を取付けて流れの剥離を遅らせる方法は容易であるが、それ自体が抵抗の原因になる恐れがある。
特開２００２−２５３８７３ 永井 実著 「イルカに学ぶ流体力学」

解決しようとする問題点は、流体の剥離の低減に関することである。

本発明は、滑車を利用することで流体の剥離を低減するところを最も主要な特徴とする。

滑車により物体表面の流れの速度を維持することが可能になり、摩擦抵抗が低減し、推進効率が向上する。

本発明は、滑車の半径未満が上流域に対して突出していることが推進効率を高めるることで最良の形態になる。滑車と物体表面の位置関係は流体に対して滑車前部と後部は同じ位置か、後部が前部より内側になる。

滑車にリブレットを備えることで、より流体の剥離を低減することが可能である。剥離が起きるのは、粘性のため物体表面の流れが速度を失っているからであり、球形や楕円形のように前後同じ（対称）でも後方だけ、剥離が起きるのはそのためである。そのため、物体後部に流体の剥離を低減する滑車を設置する。滑車自体に動力機能を付随することで、加速性と旋回性を向上する。

船舶の側面や底面、飛行機の翼などに利用可能である。

船舶における流体剥離低減装置の側面図である。 船舶における流体剥離低減装置の底面図である。 流体剥離低減装置の側面図である。

符号の説明

１ 滑車
２ 前方部
３ 後方部

Claims (1)

1. 回転する滑車を流線形の物体の表面に組み入れることにより、境界層剥離を減少させ推進効率を高める流体剥離低減装置。
   

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