JP2010065841A

JP2010065841A - 物体表面に凹凸を付ける事による流体抵抗の軽減技術

Info

Publication number: JP2010065841A
Application number: JP2008264608A
Authority: JP
Inventors: Toshikatsu Tanaka; 利勝田中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2010-03-25
Also published as: WO2010029844A1

Abstract

【課題】各種飛行体、飛翔体、車、船、ほかの物体が空気、水ほかの流体と接して動く時、その速さに応じて流体抵抗を低減する。
【解決手段】物体が流体中を動くとき、あるいは管の中に流体を流すとき、流体に接する物体表面、また、流体が流れる管の内面に凹凸を付け、発生する流体抵抗を軽減する。例えば、飛行機の翼、胴体、エンジン筒の表面、ロケット等飛翔体、高速列車、車、船舶、競技用ヘルメット、同衣服などに風洞試験を通じて適切凹凸を付け飛行中の空気抵抗を減少させる。それぞれの最適凹凸形態はその物体の用途、運行状態、表面材質等様々な条件があり、風洞試験、水槽試験で見出すべきである。
【選択図】図２

Description

本発明は流体抵抗の軽減に関る発明である。

自然は最小のエネルギーで現象をなすことを好む。

旗は必ず空気の流れに旗めく。
平板で水を早く切ろうとすると平板は必ず波型に水を切る。
鏡のような水面に空気が流れると漣が現れ、空気の流れが速くなるにつれ、それが小波になり中波、大波となってゆく。
これは、旗と空気、空気と水の間のエネルギーのやり取りを最小にせんが為の自然現象と理解する。

雨天の中を飛行することがある。この雨天飛行は客室の窓の外を流れる水。水滴を見て理解するのだが、この雨天飛行高度を例えば５００−１，０００ｍ、よってこの高さでの飛行速度を３００ｋｍ／時と仮定するとき、即ち８３ｍ／秒の対気速度と計算できるが窓を流れる水、水滴の速さは測るわけではないがそんな速度には思えない。はるかに遅く見える。これは窓面が機体表面に対し凹部となっているための現象と理解する。即ち、窓面の水滴の移動速度即同じ窓面に接する空気の流れ速度というわけにはならないが、凸部機体表面の空気速度８３ｍ／秒に比べ、凹部窓面での空気速度は５ｍ／秒、１０ｍ／秒、２０ｍ／秒いずれとも断定できないがはるかに遅いと理解する。即ち、凹部窓面の空気流体抵抗は凸部機体表面より低い。
同様な現象は雨天、車を運転する時にも確認できる。

ゴルフボールの表面ヂィンプル、軟式野球ボールの表面凹凸、硬式テニスボール表面細繊維等の加工は空気抵抗の軽減とボール飛翔の揺らぎを抑えるための経験知と理解する。

請求項１から６に述べるような各種飛行体、飛翔体、車、船、ほか物体〔衣服を含む〕が空気、水ほか流体と接して動く時、その速さに応じて流体抵抗を受ける。

従って、本発明は請求項１から６に述ベる各種飛行体、飛翔体、車、船、ほか物体（衣服を含む）の流体と接する側の表面を現行技術は平滑を良しとしているが本発明は意図的にその表面に凹凸を付ける事によって、移動スピードに応じて高まる単位時間当たりの流体抵抗を軽減せんとするものである。

具体的には、請求項１から６に述べるような各種飛行体、飛翔体、車、船、ほか物体〔衣服を含む〕の流体と接する側の表面に凹凸を付けた場合、その表面凸部頂面は流体とのすれ違いスピードそのままの流体抵抗を受ける。が、一方その表面凹部底面は凸部の高さ、表面での凸部の頻度、そして凹部の深さにもよるが、凸部頂面に発生する流体抵抗より小さい流体抵抗しか発生しない。
もし、その物体が空気中を高速で飛行、あるいは飛翔する時、そして表面の凹凸の高さ深さ、その進行方向に対する角度、また凹凸の頻度がその飛行飛翔スピード、そしてその時の空気温度に対して適切である場合、凹部底面は殆ど真空状態となり、凹部では殆ど空気抵抗が発生しないことも在り得る。

本現象の具体的確認例としては、船舶の推進翼プロペラが回転し水を切るとき、その推進翼の形状と回転スピードによっては翼の表面に空洞が生じる。これを空洞現象、キャビテーションと称し推進力の損失と為るため、関係する業界ではその解消に研究を重ねている。

が、ここに提唱する‘物体表面に凹凸を付ける事による流体抵抗の軽減技術’はこの流体と空洞現象、空洞現象に至る前の流体抵抗低減現象を逆に経済的に活用せんとするものである。

即ち、請求項１から６に述べるような各種飛行体、飛翔体、車、船、ほか物体〔衣服を含む〕の流体と接する側の表面に凹凸を付けた場合、凹凸を付けない場合に比べ、少ない流体抵抗とすることが出来る。結果として、流体抵抗を乗り越えるために必要なエネルギー消費を削減することが出来る。

請求項１から６に述べるような各種飛行体、飛翔体、車、船、ほか物体（衣服を含む）の流体と接する側の表面に凹凸をつけ、上述の解決するための課題、即ち、流体抵抗の軽減を成し遂げるには、それぞれの物体はそれぞれの形状で、また違ったスピードで流体と接するわけであり、最適凹凸形状は物体ごとに異なる

また、同じ物体、例えば飛行機を取り上げても、巡航スピードを重視するか、最高スピードを取るかで最適凹凸の大きさ、形状が異なろう。

物体の材質、形状、また流体の温度、圧力、物体流体両者の接するスピード、〔００１３〕で述べる如く、どの状態での最適化を考えるか等で、請求項１から６に述べるような各種飛行体、飛翔体、車、船、ほか物体（衣服を含む）に付けるべき最適表面凹凸の大きさ、形状は異なる。

いずれにせよ、請求項１から６に述べるような各種飛行機、飛翔体、車、船、ほか物体（衣服を含む）に最適凹凸を見出すには風洞試験、水槽試験が不可欠である。

また、各その最適凹凸は、その物体表面材を作るための費用や重量の増を抑え、しかも強度を維持しそして騒音振動を抑えること、また、清掃等使用時の維持修理の簡便さ等も考慮して決められる必要がある。

これはゴルフボールの絵である。請求項１から６に述べるような各種飛行体、飛翔体、車、船、ほか物体（衣服をふくむ）の流体と接する側の表面に付ける凹凸の一つのイメージである。

これは例えば飛行機に網目状の凹凸を全面に付けた場合のイメージである。

勿論、［課題を解決すための手段］の項で［００１２］から［００１６］に述べている如く六角形模様であったり、波形凹凸であったりと、その間隔大きさの違い、また、請求項１から６に述べるか物体のそれぞれの部位によって凹凸の形状大きさを変えることもあろう。

Claims

空気中を飛行する飛行機、ヘリコプター、大気中を飛翔、あるいは宇宙に向かいそして帰還するロケット等の胴体、翼、そしてエンジン筒等飛行体の表面に凹凸を付ける事。
軌道、一般道路、競技用走行路、ほか地面等を走行する列車、電車、自動車、オートバイ等の車体表面に凹凸を付ける事。
水中、水面を航行する船の船体表面、高速で航行するモーターボートに関しては水面下水面上を問わずその船体表面に凹凸を付ける事。
パイプを使って気体液体、即ち流体を配送するとき、パイプ内面に凹凸を付ける事。
レジャー、農業他に使われる無線飛行機、ヘリコプター等、またハンマー投げの弾部分、銃砲の弾丸砲弾部分、ブーメラン等飛行飛翔体の表面等に凹凸を付ける事。但し、ゴルフボール、硬式テニスボール、硬式軟式野球ボールは除く。
高速走行の車、二輪車等の運転者で直接外気に体を晒す場合の彼らのヘルメット、運転着、また、スケート、スキー、スノウボード等、高速で氷上雪上を動く競技者のヘルメット、競技ウェヤーの表面に凹凸を付ける事。