JP2007263025A

JP2007263025A - 組合せ翼ユニット

Info

Publication number: JP2007263025A
Application number: JP2006090745A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Ueno; 上野康男
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】
従来、航空機の翼や流体機械用の翼の断面形状において±９０度近い大きな迎角において流れに直角な力（揚力）を出すことが出来るものは知られていない。特に風車の起動特性の改良、船舶の省エネルギーの為の帆走装置の実用化を目的として、翼断面の特性の改良を組合せ翼ユニットとして実現するものであり、更に軽量簡略化を可能にするものである。
【解決手段】
翼厚比１５％以上で上下対称な断面を有する２枚の前翼の中間に前翼弦長と同じ距離乃至その１／２程度後方に後翼を配置したことを特徴とする組合せ翼ユニット。
【選択図】なし

Description

本発明は、風車、タービン、船舶の帆走装置等に広く応用可能な組合せ翼ユニットに関するものである。

従来、航空機の翼や流体機械用の翼の断面形状についてはその目的に応じて各種のものが提案されている。しかし、一般に±９０度近い大きな迎角において流れに直角な力（揚力）を出すことが出来るものは知られていない。現在、特に風車の起動特性の改良を目的として９０度近い大きな迎角において揚力を出すことが出来る翼断面の実用化が待たれている。

本出願人が提案中の前翼が１枚、後翼が２枚の組合せ翼ユニットが有るが、更なる軽量化を要望される場合がある。
特願平９−５８５８２

本発明は、上記背景の下に成立するものであり、本発明の第１の手段は、翼厚比１５％以上で上下対称な断面を有する２枚の前翼の中間に前翼弦長と同じ距離乃至その１／２程度後方に１枚の後翼を配置したことを特徴とする組合せ翼ユニットを提供するものである。組合せ翼ユニットに関するものであり、さらに軽量化にも成功して、風車等の流体利用機械などのタービン、船舶の帆走装置等により広く応用できる組合せ翼ユニットを提供するものである。

本発明の第１の手段は、翼厚比１５％以上で上下対称な断面を有する２枚の前翼の中間に前翼弦長と同じ距離乃至その１／２程度後方に１枚の後翼を配置したことを特徴とする組合せ翼ユニットを提供するものである。

本発明の第２の手段は、後翼の前縁部と後縁部の間に可撓性の膜を張ったごとき構造となしたことを特徴とする請求項１記載の組合せ翼ユニットを提供するものである。

本発明は、上下対称な断面を有する２枚の前翼の中間に前翼弦長と同じ距離乃至その１／２程度後方に１枚の後翼を配置する方式の組合せ翼ユニットにより、±９０度近い大きな迎角において流れに直角な力（揚力）を出すことが出来る組合せ翼ユニットを提供することにより、更なる軽量化も可能にし、特に風車の起動特性の大幅な改良を可能にするほか、帆走船舶、流体利用機械の性能向上に大きく寄与するものである。

又、船舶の帆走装置等に利用した場合は、帆走操作を容易にしてより広い範囲での応用を可能にするものである。

本発明の構造は、翼厚比１５％以上で上下対称な断面を有する２枚の前翼の中間に前翼弦長と同じ距離乃至その１／２程度後方に１枚の後翼を配置した組合せ翼ユニットであり、後翼は通常の対象翼のほか、前縁部と後縁部の間に可撓性の膜を張ったごとき構造とすることも可能な組合せ翼ユニットである。

以下図について本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態の構造を示す断面図である。
図１において、２枚の前翼１０、１１は比較的大きな翼厚比を持ち、通常の航空機の翼断面に類似したごとく前縁部１２、１３は丸みを持ち、後縁部１４、１５は尖った断面となされている。２枚の前翼の間隔はその翼弦長とほぼ等しい程度の間隔が望ましいが、用途によって最適値は異なる。後翼１６は、該２枚の前翼１０、１１の中間に前翼弦長と同じ距離乃至その１／２程度後方に該後翼１６の前縁部１７が位置するごとく配置する。この位置によって組合せ翼ユニットの特性が変化する。１８は後翼１６の後縁部であり、後翼１６の断面は前翼１０、１１と同様に通常の航空機の翼断面に類似した前縁部１７は丸みを持ち、後縁部１８は尖った断面となされている。但し、前翼１０、１１よりは翼厚比の小さな薄翼とすることも出来る。Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３は通常の迎角（約２０度）での流体の流れを示す流線である。

図２は本発明の組合せ翼ユニットに迎角が約９０度で流体が当たる状態を示す断面図である。
Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２３はその状態での流体の流れを示す流線である。

図１及び図２に示す本発明の作用について説明する。
図１において、迎角が０から２０度程度の範囲においては、流線Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３は通常の翼断面の場合と同様に滑らかに流れ、前翼１０、１１と後翼１６とによってその方向を変えられた分だけの揚力Ｌ１と抗力Ｄ１を発生する。
図２においては、迎角が９０度程度となっているので、従来の翼断面では流体の流れは翼断面から剥離し、後流は大きく乱れて揚力を発生することは出来ない。しかし、本発明の組合せ翼ユニットの場合は、前翼１０が流れに対して後翼１６より手前（上流）にあるためと、翼１０の後縁部１４が尖っている為に裏側に回り込むことが出来ない為に、流線Ｗ２１は下流にある後翼１６側に流れやすくなる。また、流線Ｗ２２は前翼１０の前縁部１２の丸みに沿って前翼１０の裏側から後方（矢印Ａ方向）に角度を変え、前翼１１との間の流路に誘導されて乱れること無しに後翼１６の裏側を後方（矢印Ａ方向）に流れる。流線Ｗ２３は前翼１１の丸みに誘導されて後方（矢印Ａ方向）に曲がり、流線Ｗ２２と合流して後翼１６の裏側を後方（矢印Ａ方向）に流れる。全体的に流線Ｗ２１、２２、２３は大きく後方に曲げられ後翼１６の後方（矢印Ａ方向）で合流する。この間、相互の流体エネルギーの補完により大きな乱れを生じることは無い。この反作用として組合せ翼ユニット全体には前方（矢印Ｂ方向）に向いた揚力Ｌ２が働く。Ｄ２は抗力である。

この場合、前翼１０、１１の翼厚比が薄いと、前縁部１２、１３での流線の回り込みの作用が不充分となり流線が安定しない。従って、前翼１０、１１の翼厚比は翼弦長の１５％以上である事が望ましい。但し、後翼１６の厚みは前翼より薄くても支障は無い。又、前翼１０、１１と後翼１６の前後方向（ＡＢ方向）の位置関係は、該２枚の前翼１０、１１の中間に前翼弦長と同じ距離乃至その１／２程度後方に該後翼１６の前縁部１７が位置するごとく配置することが望ましい。後翼が前により過ぎると組合せ翼ユニットとしての抗力が増加し、後すぎると大きな迎角の時の揚力が減少することになる。以上の説明によって、本発明の組合せ翼ユニットは迎角９０度付近でも揚力が発生することが理解できる。これに対して一枚の翼では前縁と後縁が流れの中で上流、下流の差が無いので形状の差だけでは、後流の乱れが大きく流れを後方に曲げる力は発生させることが出来ない。

図１及び図２に示す実施例の組合せ翼ユニットは、垂直軸型の風車に利用するとその効果が大きい。すなわち、垂直軸型の風車は風の方向に関係なく回転するので構造が簡単で、発電機を地上近くに設置できるなどの利点はあるが、起動特性が悪くこれを改善する為に翼の巾を広げていわゆるソリディティーを増加させ、後流の乱れを利用して起動する方法があるが、そうすると、本来の風車としての空力特性が低下してしまうという欠点がある。その主な理由は、風車の回転速度が低下し、風車の翼に当たる風の迎角が翼断面の特性から得られる最適な迎角より大きくなって、揚抗比が低下する為である。

これに対して本発明の組合せ翼ユニットは迎角が９０度付近でも揚力を発生することが出来る為、上記のごとくソリディティーを大きくしなくとも容易に風車を起動させることが出来る。従って、定格運転時の回転数が速くなり、翼の迎角も正規の状態内に納まるので、風車の空力効率を大幅に向上することが出来る。又、ソリディティーが小さいと言うことは、風車が停止している時に受ける風力が小さいので、暴風などの時に風車を停止することで過大な風力から風車を守り、破損を防止することも出来る。

更に、本発明の組合せ翼ユニットは水平軸型の風車として用いた場合も、通常のプロペラのように捩れ角を設定することの必要が無く、平面的（回転軸に直角で回転面に平行）に取り付ければよいので形状が簡単であると同時に、風の方向が反対向きとなっても風車は同じ方向に回転するという特徴を有する。従って、海岸沿いなどの様に主に２方向からの風が吹く地域へ設置する風車の場合、首ふり機構を省略できる可能性を有する。更に、この特性は、波力発電用のタービンとして利用する場合も極めて有利である。

図３は本発明の他の実施例の構造を示す断面図である。
図３において、前翼３１、３２は図１に示すものと同様であるが、後翼３６はＵ形の断面を有する前縁部３７と後縁部３８の間に可撓性の膜３９を張ったごとき構造のものとなっている。又、Ｕ形断面の両端部４０、４１には可撓性の膜４２、４３を他端４４、４５を自由にした状態で取り付けている。風を受けると可撓性の膜４２、４３は風圧により可撓性の膜３９に接触した状態となり、前縁部３７のＵ字型断面によって発生する効力を低減する。図３に示す実施例においては、後翼３６が可撓性の膜３９で構成されている為軽量である。本出願人が出願中の特願平９−５８５８２と比較した場合、大きな面積を有する後翼３６が１枚となっているために、更に軽量化を可能にするものである。

図４は本発明の他の実施例の構造を示す上面図である。
図４に示す実施例の組合せ翼ユニットは、図３に示す実施例の構造を船舶用の帆走装置として使用した場合の実施例を示すものである。組合せ翼ユニットの構成は図３に示すものと同様であるが、船体５１の進行方向Ｃに平行に組合せ翼ユニットを設置したものである。
ヨットなど、帆走中の船舶は一般的には後方からの追い風で帆走するものと思われているが、実際には船体自体が前進している為に、自然風との相対速度は多くの場合、横風か前方からの風を受けて帆走する場合が多い。特にエンジンつきの船舶の多くは通常の風速（秒速５〜８ｍ）より速い船速で走っている。このような条件を考慮した場合、図４に示すごとく組合せ翼ユニットを船体５１に平行に固定して設けた場合、正面からと後方からの風は利用できないが、かなり広い角度範囲の横風を、船体５１をＣ方向に前進させる推力として利用できる。正面からの風の場合は、本組合せ翼ユニットは航空機の翼断面に近似しているためにその抵抗は小さく、船舶の航行を妨げる要因は少ない。追い風の場合は勿論妨げにはならない。横風の場合、本発明の組合せ翼ユニットは、広い角度範囲で揚力を発生することが出来るので通常の帆船の様に帆の角度を変える必要が無く、帆走のために行なうべき作業は何ら発生しない。従って、本組合せ翼ユニットを設置した船舶は自然風のエネルギーを極めて容易に、又有効に利用して、エンジンによって消費する燃料を大幅に削減することが出来る。尚、後翼３６の可撓性の膜３９はヨットの帆のように巻取り方式により収納可能として強風時の安全対策とすることが可能である。

以上の説明で明らかなごとく、本発明の組合せ翼ユニットは流体を利用する機器及び船舶への工業的効果は極めて著しい。

本発明の一実施形態の構造を示す断面図である。本発明の一実施形態の他の状態を示す断面図である。本発明の一実施形態の構造を示す断面図である。本発明の一実施形態の構造を示す上面図である。

符号の説明

１０、１１、３１、３２：前翼
１２、１３、：前縁部
１４、１５：後縁部
１６、３６：後翼
１７、３７：前縁部
１８、３８：後縁部
３９、４２、４３：可撓性の膜
４０、４１：Ｕ形断面の両端部
５１：船体
Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２３：流線
Ｌ１、Ｌ２：揚力
Ｄ１、Ｄ２：抗力

Claims

翼厚比１５％以上で上下対称な断面を有する２枚の前翼の中間に前翼弦長と同じ距離乃至その１／２程度後方に１枚の後翼を配置したことを特徴とする組合せ翼ユニット。
後翼の前縁部と後縁部の間に可撓性の膜を張ったごとき構造となしたことを特徴とする請求項１記載の組合せ翼ユニット。