JP2010203409A - 流体機械用翼体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】翼表面が翼前縁10aと翼後縁10bとを基準として圧力面11と負圧面12とに区分された流体機械用翼体10であって、負圧面12には、翼前縁10aに沿った位置において圧力面11側に窪む切欠段差部20が少なくとも一つ設けられ、切欠段差部20は、翼幅方向の幅寸法が、翼前縁10a側の始端から翼後縁10b側の終端に進むに従って漸次小さくなっていることを特徴とする。
【選択図】図2
Description
すなわち、本発明に係る流体機械用翼体は、翼表面が翼前縁と翼後縁とを基準として圧力面と負圧面とに区分された流体機械用翼体であって、前記負圧面には、前記翼前縁に沿った位置において前記圧力面側に窪む切欠段差部が少なくとも一つ設けられ、前記切欠段差部は、翼幅方向の幅寸法が、前記翼前縁側の始端から前記翼後縁側の終端に進むに従って漸次小さくなっていることを特徴とする。
また、負圧面の翼前縁に沿って切欠段差部を設けているので、負圧面の上流側で生じる剥離を抑止することができる。
さらに、切欠段差部が圧力面側に窪んでいるので、負圧面に突起物を設けた場合と比較して、流動抵抗を小さくすることができる。
よって、負圧面における剥離抑制効果が大きく、また、小さな流動抵抗で上流側における剥離を良好に抑制することができる。
この構成によれば、切欠段差部に流入した流体が絶壁面に衝突又は絶壁面に沿って流れて、負圧面に乗り上げる際に稜辺を巻き込むようにして強い縦渦を形成するので、境界層の発達をさらに抑制し、剥離抑制効果をより大きくすることができる。
この構成によれば、切欠段差部に流入した流体のうち終端まで流れたものが滑らかに負圧面へと導かれるので、圧力損失の増大を抑制することができる。
また、前記切欠段差部は、前記翼前縁に沿って複数連続的に設けられ、隣接する二つの前記切欠段差部の間には、前記負圧面の法線方向から見て前記負圧面が三角形状に残存したデルタ部が形成されていることを特徴とする。
また、前記切欠段差部は、前記翼前縁に沿って複数連続的に設けられ、隣接する二つの前記切欠段差部の間には、前記負圧面の法線方向から見て前記負圧面が三角形状に残存したデルタ部が形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、相互に隣接する切欠段差部において、それぞれに形成された縦渦同士が干渉し難くなる。これにより、縦渦が負圧面の最下流側まで強く持続することになるために、より効率的に剥離を防止することができる。
(第一実施形態)
図1は、本発明の第一の実施の形態に係るプロペラファン1を示す正面図である。
このプロペラファン1は、軸流形式の車両用冷却ファンとして用いられるものであり、回転翼車2と、この回転翼車2の外周を囲うと共に空気の流路を形成するシュラウド3とで概略構成されている。
図2及び図3に示すように、翼体10は、翼表面が翼前縁10aと翼後縁10bとを基準として、凹湾曲状の圧力面11と、凸湾曲状の負圧面12とに区分されている。
このような翼体10は、所定の風量、静圧、回転数等の設計動作点が定められて、翼形状が最適なものとなるように設計されている。
切欠段差部20は、図6に示すように、負圧面12の法線方向から見て二等辺三角形状となっており、頂角に相当する終端20bを翼後縁10b側に向け、底辺に相当する始端20aを翼前縁10aに重ねている。すなわち、この切欠段差部20は、翼幅方向の幅寸法Pが、翼前縁10a側の始端20aから翼後縁10b側の終端20bに進むに従って漸次小さくなっている。
絶壁面22は、負圧面12と共に稜辺(角張った辺)23を形成しており、また、底面21と共にθ=90°となる角隅部24を形成している。
図6に示すように、デルタ部25は、本実施形態では頂角αが60°となるように設定されている。
また、図5に示すように、底面21からデルタ部25の負圧面12までの高さ(より厳密には、翼型において底面21と負圧面12とに接する内接円の直径)をHとし、隣接する切欠段差部20の終端20b間の寸法をWとすると、本実施形態ではHmax/Wを0.3としている。
まず、図1に示すように、回転翼車2が矢印R方向に回転すると、紙面手前側の空気が翼体10の表面に沿って流れて、紙面後方に押し出される。各翼体10においては、図7に示すように、紙面手前側の空気を翼前縁10a側から導入し、圧力面11に沿った気流と負圧面12に沿った気流とに分け、翼後縁10bから排出する。
一方、負圧面12に沿った気流は、その一部が切欠段差部20によって縦渦Tとなって、負圧面12に沿って後方に流れていく。
まず、図8に示すように、翼前縁10aから負圧面12に沿って流れた気流の大部分が複数に分かれて各切欠段差部20に流入する。そして、この切欠段差部20に流入した気流が絶壁面22に衝突又は絶壁面22に沿って流れ、このうちの一部が近接する負圧面12に乗り上げる。この際、負圧面12に乗り上げた気流は、図8に示すように、稜辺23を巻き込むようにして強い縦渦Tを形成する。そして、図11に示すように、各稜辺23において、始端20a側から終端20b側に進むに従って徐々に縦渦Tが大きく、強いものとなっていく。換言すれば、縦渦Tの中心が稜辺23に沿って翼幅方向に移動しながら縦渦Tが大きくなり、終端20bに達すると縦渦Tが下流に向けて流れていく(図11参照)。このようにして形成された縦渦Tは、負圧面12の下流側まで良好に維持される。
このような状態であっても、切欠段差部20は、縦渦Tを形成するが、圧力面11側に窪んでいるために、気流に対する流動抵抗としては小さなものとなる。
このような状態であっても、切欠段差部20によって形成された縦渦Tが、負圧面12の上流側において高エネルギ流体を誘引する。すなわち、この高エネルギ流体が負圧面12近傍に誘引されることにより、低エネルギとなる境界層の発達が抑制され、剥離の発生を阻害する。
さらに、切欠段差部20が圧力面11側に窪んでいるので、負圧面12に突起物を設けた場合に比べて、流動抵抗を小さくすることができる。
よって、負圧面12における流れの剥離抑制効果が大きく、また、小さな流動抵抗で上流側における剥離を良好に抑制することができる。
同様に、Hmax/Wの値を0.3としたが、この値に限られることなく、他の値に設定することができる。但し、0.2≦Hmax/W≦0.5の範囲で設定するのが望ましい。
また、上述した構成では、稜辺23を形成したが、稜辺23を設けずに面取りをしてもよい。
また、上述した構成では、デルタ部25の頂角αを60°としたが、他の角度としてもよい。この際、50°≦α≦70°となるようにすると縦渦Tが良好に形成される。
続いて、本発明の第二実施形態について説明する。
図10は、本発明の第二実施形態に係る翼体50の要部拡大斜視図であり、図11は、図10におけるIV−IV線断面図であり、図12は、図10におけるV矢視図である。なお、図10〜図12において、図1〜図9と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
切欠段差部60は、負圧面12の法線方向から見て等脚台形状となっており、上辺に相当する終端60bを翼後縁10b側に向け、下辺に相当する始端60aを翼前縁10aに重ねている。
これら複数の切欠段差部60は、図10に示すように、ある一の切欠段差部60における終端60bの幅寸法Pが、この一の切欠段差部60(図10において符号60Aで例示する。)の終端60bと、この一の切欠段差部60(60A)に隣接する他の切欠段差部60(図10における符号60B)の終端60bとの間隔W以上となるようにされている。
まず、図10に示すように、翼前縁10aから負圧面12に沿って流れた気流の大部分が複数に分かれて各切欠段差部60に流入する。そして、この切欠段差部60に流入した気流が絶壁面22に衝突又は絶壁面22に沿って流れ、このうちの一部が近接する負圧面12に乗り上げる。この際、負圧面12に乗り上げた気流は、図10に示すように、稜辺23を巻き込むようにして強い縦渦Tを形成する。このようにして、各稜辺23において、始端60a側から終端60b側に進むに従って徐々に縦渦Tが大きく、強いものとなっていく。
このようにして形成された縦渦Tは、終端60bの幅寸法Pが、隣接する切欠段差部60における終端60bとの間隔W以上にされているために、図11に示すように、相互に隣接するデルタ部25で形成される縦渦Tが干渉し合うことがなく、それぞれ終端60bから下流に向けて流れていく。このように形成された縦渦Tは、負圧面12の下流側まで良好に維持される。
一方、図12に示すように、負圧面12に乗り上げずに終端60bまで到達した気流は、滑らかに負圧面12へと導かれる。
例えば、上述した第一実施形態では、終端20bと負圧面12とを滑らかに接続させる構成としなかったが、第二実施形態のように滑らかに接続させてもよい。
また、上述した第一,第二実施形態では、プロペラファン1の翼体に本発明を適用したが、例えば、図14に示すように、ガスタービンの圧縮機における動翼(流体機械用翼体)90に本発明を適用することも可能である(図14の例では、切欠段差部20を適用している)。
また、軸流式の流体機械のみならず、遠心式や斜流式の各種流体機械に本発明を適用することが可能である。
10,50…翼体(流体機械用翼体)
10a…翼前縁
10b…翼後縁
11…圧力面
12…負圧面
20,60…切欠段差部
20a,60a…始端
20b,60b…終端
21…底面
22…絶壁面
23…稜辺
25…デルタ部
90…動翼(流体機械用翼体)
P…幅寸法(翼幅方向の幅寸法)
W…隣接する切欠段差部20の終端20bの間隔
Claims (8)
- 翼表面が翼前縁と翼後縁とを基準として圧力面と負圧面とに区分された流体機械用翼体であって、
前記負圧面には、前記翼前縁に沿った位置において前記圧力面側に窪む切欠段差部が少なくとも一つ設けられ、
前記切欠段差部は、翼幅方向の幅寸法が、前記翼前縁側の始端から前記翼後縁側の終端に進むに従って漸次小さくなっていることを特徴とする流体機械用翼体。 - 前記切欠段差部の前記翼幅方向に交差する法面は、前記負圧面と共に稜辺を形成する絶壁面とされていることを特徴とする請求項1に記載の流体機械用翼体。
- 前記切欠段差部の底面は、前記始端から前記終端に進むに従って漸次浅くなり、前記周端が曲率をもって前記負圧面と滑らかに接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の流体機械用翼体。
- 前記切欠段差部は、前記負圧面の法線方向から見て三角形状であることを特徴とする請求項1から3のうちいずれか一項に記載の流体機械用翼体。
- 前記切欠段差部は、前記翼前縁に沿って複数連続的に設けられ、
隣接する二つの前記切欠段差部の間には、前記負圧面の法線方向から見て前記負圧面が三角形状に残存したデルタ部が形成されていることを特徴とする請求項1から4のうちいずれか一項に記載の流体機械用翼体。 - 前記切欠段差部は、前記負圧面の法線方向から見て台形状であることを特徴とする請求項1から3のうちいずれか一項に記載の流体機械用翼体。
- 前記切欠段差部は、前記翼前縁に沿って複数連続的に設けられ、
隣接する二つの前記切欠段差部の間には、前記負圧面の法線方向から見て前記負圧面が三角形状に残存したデルタ部が形成されていることを特徴とする請求項6に記載の流体機械用翼体。 - 前記切欠段差部は、前記終端の翼幅方向の幅寸法が、該切欠段差部の終端と該切欠段差部に隣接する前記切欠段差部の終端との間隔以上となる大きさに設定されていることを特徴とする請求項7に記載の流体機械用翼体。
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