JP2013002636A

JP2013002636A - 流線形物体の抵抗力を減少する方法及びその応用

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Publication number: JP2013002636A
Application number: JP2012136041A
Authority: JP
Inventors: Zhengxin Mei; 正新梅
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2013-01-07
Also published as: US20120325326A1; EP2537742A3; CN102837799A; EP2537742A2; KR20120140615A; TW201300651A

Abstract

【課題】流線形物体の抵抗力の方法及びその応用を提供する。
【解決手段】
流線形物体１の抵抗力を減少する方法及びその応用は、流線形物体１の最広箇所Ａ及び流線形物体の尾端１２の間に１つ又は複数の隆起構造１３を設け、そのうち、該複数の隆起構造の間は、間隔を有することができる。これにより、該隆起構造は、ブロックでき、流体を誘導し、流線形物体尾端に対し、圧力を増加し、流線形物体が受ける抵抗力を減少し、各種流線形物体に応用でき、進行中の流線形物体の速度を向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に、流線形交通手段上に少なくとも１つの隆起構造を設置し、それに進行時の尾端の圧力を増加させ、抵抗力の方法及びその応用を減少させる流線形物体の抵抗力を減少する方法及びその応用に関する。

交通手段が進行時に受ける流体抵抗力は、進行速度に影響を及ぼす主な要因の１つであり、該抵抗力は、交通手段により多くのエネルギーを損耗させるだけでなく（例えば、熱エネルギー又は電気エネルギー）、その動力発生機構及び動力電動機構が比較的大きな負荷を受けて損耗し易く、進行の消耗時間を増加させ、より多くの排ガス及び廃熱を製造し、環境の汚染及び運送業者のエネルギー源及び進行時間方面の損失を招く要因となっている。

従来の進行間物体の抵抗力を低減する方式は、飛行機、船舶又は車両等の各種交通手段の殻体表面を円滑に設計した流線形造型を含み、殻体前部の表面圧力を減少して、殻体後部の表面圧力を増加する。このように周知の流線形造型は、殻体前部及び後部の圧力差を減少させ、上記各種交通手段が流体中に進行する時に受ける抵抗力が減少する。その結果、各種交通手段の速度を向上させるか、または消費エネルギーを節減することができる。

例えば、特許文献１には、船舶、水中ロボット、潜水機、航空機、鉄道車両、自動車等の移動体、プロペラ、風力発電ブレード等の回転体、水着等の流体接触表面に適用することができ、流速の比較的小さな層流領域だけでなく流速の大きな乱流領域においても、表面流を層流化し、流体の流れを安定化することにより流動抵抗低減効果を発揮する応用性に優れる流動抵抗低減構造が開示されている。この特許文献１には、物体の流体接触表面に相互に間隔をあけて形成された複数の凸部と、凸部の上面に略平行に形成された複数の突条部と、を備えた流動抵抗低減構造の技術が開示されている。

特許公開２０１０−７８４６号公報

しかしながら、従来の流線造型は、抵抗力の改善に大きな補助となるが、実際減少する抵抗力が依然として極めて限られるものである。例えば、図１３に示す、従来の船舶が水中に進行する流体流動の説明図にあるように、該船舶１’の船首１１’のａ’点から最広箇所ｂ’点、更に、船体を経て船尾１２’のｃ’点まで、それと水の間に極薄の境界層を有する。この境界層は、外層からの圧力を伝送することができ、ｃ’点は、分離点であり、流体粒子がここで船舶１’を離れ、船尾付近に追跡流１３’、即ち、ａ’点の高圧領域からｂ’点までの低圧領域、その後、ｂ’点の低圧領域からｃ’点の高圧領域を形成する。そして、前端１１’の水流において、船舶１’に対し、比較的高い圧力が発生し、後端１２’の水流において、船舶１’に対し、比較的低い圧力が発生する。そのため、従来から、この種の圧力差が船舶の前進を阻害する抵抗力になるという問題があり、この抵抗力を低減させて船舶の進行速度を向上させることが課題となっている。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みなされたものであって、特殊設置した隆起構造を利用して、流体の流線形物体の尾端低圧領域に対する圧力を増加させて、これにより、流線形物体が受ける抵抗力を減少させることで、その進行時の速度を向上させる流線形物体の抵抗力を減少させる方法及びその応用を提供することを目的としている。

本発明の一態様の流線形物体の抵抗力を減少する方法及びその応用は、流線形物体の最広箇所及び流線形物体の尾端の間に１つ又は複数の隆起構造を設け、そのうち、該複数の隆起構造の間は、間隔を有している。

本発明の他の態様の流線形物体の抵抗力を減少する方法及びその応用は、上記流線形物体の抵抗力を減少する方法及びその応用を備えた各種流線形物体、例えば、船舶、飛行機又は車両等の運送手段である。

本発明によれば、特殊設置した隆起構造を利用して、流体の流線形物体の尾端低圧領域に対する圧力を増加させて、これにより、流線形物体が受ける抵抗力を減少させることで、その進行時の速度を向上させる流線形物体の抵抗力を減少させる方法及びその応用を提供することができる。

本発明の好適実施例の流線形物体の断面図である。図１の流体経路の隆起構造の説明図である。図１の流体経路の隆起構造の他の説明図である。従来の隆起構造を設置していない流体流動説明図である。本発明の隆起構造の立体説明図である。本発明の他の隆起構造の立体説明図である。本発明の好適実施例の隆起構造の船舶に応用する説明図である。図４Ａの仰視図である。本発明の好適実施例の隆起構造の飛行機に応用する俯瞰図である。本発明の好適実施例の隆起構造の飛行機に応用する立体説明図である。図９のＸ−Ｘ’方向に沿った断面図である。該本体に隆起部を設置していない断面図である。従来の船舶が水中に入る流体の流動の説明図である。

本発明のその他の特徴及び各具体実施例は、以下の図の詳細な説明中において、更なる理解を得ることができる。図１は、本発明の好適実施例の流線形物体の断面図である。

図１に示すように、本発明の流線形物体の抵抗力を減少させる方法は、流線形物体１の最広箇所Ａ及び尾端１２の間の表面に１つ又は複数の隆起構造１３が設けられている。即ち、流線形物体１は、図中ａ点及びｄ点の間に少なくとも１つの隆起構造１３が設けられている。該流線形物体１の尾端１２は、流体が流線形物体１を通過する末端位置である。そして、本実施例の流体流動方向Ｄは、図の右方向に流動するので、流体が流線形物体１を通過する末端位置が尾端１２であり、そのうち、該隆起構造１３の間は、所定の距離だけ離間した空間を有している。

図２及び図３に示すように、本発明の隆起構造１３，１４の作用は、境界層をブロックし、乱流及び渦流を製造し、流体の動量を増加し、流線形物体１の表面の圧力を増加させる。なお、隆起構造１３，１４は、対称な凸状体に限定されない。同時に図５に示すように、本実施例の隆起構造１３は、半円柱体の細長状隆起構造であり、流線形物体１の尾端１２表面に設置されている。なお、隆起構造１３は、規則的又は不規則な隆起構造であってもよい。また、図６に示すように、隆起構造１４は、台形柱体の細長状隆起構造でもよく、流線形物体１の尾端１２表面に設置される。

図１及び図２に示すように、該流体ｆは、流線形物体１の最広箇所Ａの後からｂ点を流れる時、隆起構造１３に接触する。この時、該流体ｆは、流向を変化されて隆起構造１３の表面に沿って流動し、圧力Ｐ１を該隆起構造１３の前方の流線形物体１の尾端１２表面に与える。そして、該流体ｆが隆起構造１３の最高点を通過した後、隆起構造１３のｃ点まで誘導する時、また、流向が変化され、圧力Ｐ１を流線形物体１の尾端１２表面に与える。流体ｆによって圧力Ｐ１を与えられた領域は、前記各隆起構造１３の前後の空間であり、または、圧力Ｐ１が垂直作用力Ｐ１’及び合成水平作用力Ｐ１’’に分解できる。該垂直作用力Ｐ１’が流線形物体１により対称型構造を呈し、上下オフセットし、該水平作用力Ｐ１’’が流線形物体１により対称型構造を呈して前向きの合成水平作用力Ｐ１’’’に合成増加形成して、これにより流線形物体１の抵抗力が減少する。

図４は、従来の構造の流体流動説明図である。図４に示すように、従来の構造では、該流体ｆが流線形物体１の前端１１から最広箇所Ａに流向する時、その流速が徐々に増加して、圧力が徐々に減少する。そして、流体ｆが最広箇所Ａに至る時、流速が最も速く、圧力が最小であり、その後の流体ｆが尾端１２に流行する時、流速が徐々に減少して、圧力が徐々に増加する。そして、流体ｆは、尾端１２に与える圧力Ｐ３が前端１１及び尾端１２の圧力差を減少させるが、それが隆起構造を設置しておらず、該尾端１２の圧力Ｐ３が依然として有限に属し、該尾端１２の圧力が依然として低く、流線形物体の抵抗力を減少させることができない。従って、図２及び図４を比較して分かるように、図２に示す本発明の隆起構造１３は、流線形物体１が進行時の尾端１２の圧力を効率的に増加することができる。

なお、本発明の他の実施例は、図１及び図３に示すように、隆起構造１４は、台形有機構造である。この構造では、該流体ｆが隆起構造１４の前方ｂ点に接触し、この時、該流体ｆが流行を変化されて隆起構造１４の表面に沿って流動して、圧力Ｐ２を該隆起構造１４の前の流線形物体１の尾端１２表面に与える。この該流体ｆが流線形物体１の尾端１２に誘導される時、また、流向を変化され、圧力Ｐ２を流線形物体１の尾端１２表面に与える。また、圧力Ｐ２は、垂直作用力Ｐ２’及び水平作用力Ｐ２’’に分解することができる。該垂直作用力Ｐ２’が流線形物体１により対称型構造を呈し、上下にオフセットし、該水平作用力Ｐ２’’が流線形物体１により対称型構造を呈して前向きの合成水平作用力Ｐ２’’’を合成増加形成し、これにより流線形物体１の抵抗力が減少する。

なお、図７及び図８に示すように、本発明は、船舶２の船殻構造上に応用することができる。
詳述すると、該船舶２は、船殻上の船尾２２に複数の隆起部２３が設置されている。該隆起部２３は、図７に示すように、喫水線Ｅ下方に設けられている。該隆起部２３の設置位置は、船舶２の最広箇所Ａ及び船尾２２の間に設けられている。該隆起部２３の間には、所定の距離に離間する空間を有している。該隆起部２３の作用は、境界層をブロックして、乱流及び渦流を製造し、流体の動量を増加する。こうして、船舶２の表面の圧力を増加させる。なお、本実施例の隆起部２３は、半円柱体の細長状隆起構造であり、該隆起部２３は、規則的又は不規則な形状の隆起構造であってもよい（図示せず）。また、水流ｆ１は、船首２１から船殻の最広箇所Ａの後ろから該隆起部２３を接触し、流動方向を変化させ、該水流ｆ１に該隆起部２３の前方の船舶２の船尾２２表面に圧力を与える。そして、水流ｆ１は、次の隆起部２３表面に沿って流動を継続し、該水流ｆ１が船尾２２の表面に向けて誘導された後、更に流向を変化され、船尾２２表面の圧力を増加する。こうして、図２に示したように、水流ｆ１による圧力Ｐ１が垂直作用力Ｐ１’及び水平作用力Ｐ１’’に分解することができ、該垂直作用力Ｐ１’が流線形物体１により対称型構造を呈して上下オフセットし、該水平作用力Ｐ１’’が流線形物体１が対称型構造を呈することによって前向きの合成水平作用力Ｐ１’’’を合成増加形成し、流体抵抗力を減少し、進行中の船舶の速度を向上させる。

さらに、本発明は、図９から図１１に示すように、飛行機３の機尾構造上に応用することができる。
詳述すると、図９及び図１０に示すように、該飛行機３は、機体に複数の隆起部３３が設置されている。該隆起部３３は、機体尾端３２の上面、下面及び二側面を囲うように設けられている。その設置位置は、機体の最広箇所及び機体尾端３２の間であり、そのうち、該隆起部３３の間には隙間空間を有している。本実施例の隆起部３３は、半円柱体の細長状隆起構造であって、機尾に巻き付けられたように形成されている。該隆起部３３は、規則的又は不規則な形状の隆起構造でもよい（図示せず）。

気流は、機体前端３１から図９の機体中線Ｘ−Ｘ’に沿って機体の最広箇所を流れた後、該隆起部３３に接触して流向が変化する（図１１参照）。この該気流ｆ２は、前方の機体の尾端３２表面に圧力を与えさせ、隆起部３３表面に沿って流動を継続して、次の隆起部３３により機体尾端３２の表面に流向するよう誘導される。その後、気流ｆ２は、流向を更に変化され、機体尾端３２の圧力を増加する。従って、飛行機３の機尾構造においても、流体抵抗力が減少し、進行中の飛行機の速度を向上させることができる。

図１２は、飛行機３‘の機体尾端３２’に隆起部が設置されていない断面図である。図１１と図１２を比較して分かるように、飛行機３’は、隆起部が設置されていないため、気流ｆ３が機体前端３１’から機体尾端３２’のｅ点に流動し、機体尾端３２’は、低圧領域を発生する。一方、本実施の形態の図１１に示すような、該隆起部３３を設置した飛行機３では、機体尾端３２が受ける圧力が隆起部を設置していない飛行機３の尾端３２’に比較し大きいので、飛行機３の流体抵抗力が比較的小さく、進行速度を向上させることができる。

上記のように、上文に開示する内容に基づき、本発明は、確かに発明の予期する目的を達成することができ、流線形物体の最広箇所及び流線形物体の尾端の間に設置する隆起構造を利用し、流線形物体の尾端の圧力を増加することができる。即ち、本発明は、流線形物体の進行中に受ける流体抵抗力を減少させるので、流線形物体の進行速度を向上させることができ、且つ各種流線形物体、例えば、船舶、飛行機及び車両に応用でき、確実に実用価値を有し、産業利用性、新規性及び進歩性の要件を具備する。

なお、本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない均等の範囲内で各種の変動や潤色を加えることができることは勿論である。

１，１’ 流線形物体
１１，１１’ 前端
１２，１２’ 尾端
１３，１４隆起構造
２船舶
２１船首
２２船尾
２３，３３隆起部
３飛行機
３１，３１’ 本体前端
３２，３２’ 本体尾端
Ａ最広箇所
Ｄ流体流動方向
Ｅ喫水線
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３圧力
Ｐ１’，Ｐ２’ 垂直作用力
Ｐ１’’，Ｐ２’’ 水平作用力
Ｐ１’’’，Ｐ２’’’ 合成水平作用力
ｆ流体
ｆ１水流
ｆ２、ｆ３気流
ａ流線形物体最広箇所の端面
ｂ流線形物体及び隆起構造の前境界点
ｃ流線形物体及び隆起構造の後境界点
ｄ流線形物体の尾端点
ｅ本体の尾端点
Ｘ−Ｘ’ 本体中線
ａ’ 従来の流線形物体の前端点
ｂ’ 従来の流線形物体最広箇所の端点
ｃ’ 従来の流線形物体の尾端点
１３’ 従来の流線形物体の追跡流

Claims

流線形物体の最広箇所及び流線形物体の尾端の間に１つ又は複数の隆起構造を設け、そのうち、該複数の隆起構造の間は、間隔を有することを特徴とする流線形物体の抵抗力を減少する方法及びその応用。
前記隆起構造は、半円柱体の細長状の隆起構造であることを特徴とする請求項１に記載の流線形物体の抵抗力を減少する方法及びその応用。
前記隆起構造は、台形柱体の細長状隆起構造であることを特徴とする請求項１に記載の流線形物体の抵抗力を減少する方法及びその応用。
前記隆起構造は、規則形状の隆起構造又は不規則形状の隆起構造であることを特徴とする請求項１に記載の流線形物体の抵抗力を減少する方法及びその応用。
前記隆起構造は、細長状隆起構造であることを特徴とする請求項１に記載の流線形物体の抵抗力を減少する方法及びその応用。
船舶の船殻に応用され、船殻の最広箇所及び尾部の間に１つ又は複数の隆起部を設け、該複数の隆起部の間は、間隔を有することを特徴とする流線形物体の抵抗力を減少する方法及びその応用。
飛行機の機体の上面、下面及び二側面に応用され、該機体の最広箇所及び尾部の間に１つ又は複数の隆起部を設け、該複数の隆起部の間は、間隔を有することを特徴とする流線形物体の抵抗力を減少する方法及びその応用。
前記隆起構造は、半円柱体の細長状隆起構造であることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の流線形物体の抵抗力を減少する方法及びその応用。
前記隆起構造は、台形柱体の細長状隆起構造であることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の流線形物体の抵抗力を減少する方法及びその応用。
前記隆起構造は、規則形状の隆起構造又は不規則形状の隆起構造であることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の流線形物体の抵抗力を減少する方法及びその応用。