JP2021509943A

JP2021509943A - 抗力を低減するための繊維

Info

Publication number: JP2021509943A
Application number: JP2020557130A
Authority: JP
Inventors: 実嗣長谷川; 博隆坂上
Original assignee: ユニバーシティ・オブ・ノートルダム
Priority date: 2018-01-08
Filing date: 2019-01-08
Publication date: 2021-04-08
Anticipated expiration: 2039-01-08
Also published as: JP7272675B2; WO2020032995A3; WO2020032995A2; US20220364582A1

Abstract

本開示の一態様において、流体を通過するための流線形物体が提供される。流線形物体は、前縁と後縁とを定める外面を備える。前縁は、物体の流体を通じた移動の間に後縁の前に流体を通過するように配向される。流線形物体は、外面に結合される複数の繊維をさらに備える。複数の繊維の各々の繊維は外面から離れるように突出する。【選択図】なし

Description

（関連出願の相互参照）
[0001]本出願は、２０１８年１月８日に米国特許商標局で出願された米国仮特許出願第６２／６１４，９２１号への優先権を主張し、その出願の内容は本明細書において参照により組み込まれている。

（連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載）
[0002]本出願は、ＡｉｒＦｏｒｃｅＲｅｓｅａｒｃｈＬａｂｏｒａｔｏｒｙＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＤｉｒｅｃｔｏｒａｔｅ（ＡＦＲＬ／ＲＩ）によって授与された助成金ＦＡ−８６５０−１５−Ｃ−２５１０の下で、政府の支援により行われた。政府は本出願において特定の権利を有する。

[0003]本出願は、一般に、抗力を低減するための技術に関する。より詳細には、本出願は、抵抗力を低減するために表面に適用される複数の繊維に関する。

[0004]抗力は、流体の運動に基づく一種の摩擦または流体の抵抗である。抵抗力は、流体の層流については相対速度に概して比例し、流体の乱流については相対速度の二乗に概して比例する。形状抗力は、流体に対して移動する対象物の形に起因する運動に対する流体抵抗の結果であり、表面摩擦抗力は、表面が流体に対して移動するときの表面の流体との相互作用の結果である。これらの抵抗力は、流体が相互作用する対象物または物体に対する流体の速度を低減させる。発達した抵抗力にも拘らず、流体を通って移動する物体、または、物体を越えて移動する流体のいずれかの所望の速度を維持するためには、抗力のないときに必要とされるよりも多くのエネルギーが必要とされる。

[0005]業界および当局は、流体を様々な目的で輸送するためにパイプラインを利用している。輸送される例の流体には、水、油、天然ガス、加熱または冷却された空気、排水、様々な材料のスラリなどがある。ポンプが、流体をパイプラインに押し通すためにほとんどの場合で利用されている。これらのポンプは、パイプラインを通じての流体の所望の流速を維持するために、配管システム内で流体に作用する抵抗力を克服しなければならない。

[0006]米国空軍の予算の相当の割合がジェット燃料に費やされている。このジェット燃料の多くは、より現代的な航空機より動作的に燃料効率の悪い以前からの航空機に関連して使用されている。これらの以前からの航空機の燃料の非効率性の多くは、それらの航空機が空気中を移動するときに被る抵抗力に起因すると言える。結果として、以前からの航空機のエンジンは、これらの抵抗力を克服するために、比較可能なより新しい航空機のエンジンより多くの燃料を消費しなければならない。乗り物の抵抗力による燃焼消費は、航空機だけでなく、船舶、地上の乗り物などにも影響する。

[0007]風力も、電柱、送電線などを含む屋外の構造物と干渉する。これらの構造物の周りでの乱れた空気の流れによるバフェッティング（Ｂｕｆｆｅｔｉｎｇ）は、望ましくない移動および応力を引き起こす可能性がある。

[0008]本開示の様々な態様は、様々な用途において抵抗力を低減するために、流体の相互作用を受ける表面に適用される複数の繊維に向けられている。

[0009]本開示の一態様では、管が提供される。管は、それを通じて流体流れを輸送するために利用される。管は、管の内部通路を定める内壁表面を備える。管は、内壁表面に結合される複数の繊維をさらに備える。複数の繊維の各々は内壁表面から離れて内部通路へと突出する。

[0010]本開示の別の態様では、流線形物体が流体を通過するために提供される。流線形物体は外面を備える。外面は前縁と後縁とを定める。前縁は後縁の前に流体を通過する。流線形物体は、外面に結合される複数の繊維をさらに備える。複数の繊維の各々は外面から離れるように突出する。

[0011]前述のまとめは、本開示の様々な態様の大まかな概説を提供するように意図されているだけであり、本出願の範囲をいかなる形でも限定するように意図されていない。

[0012]本開示の様々な態様のこれらおよび他のより詳細で明確な特徴は、以下の記載においてより完全に記載されており、添付の図面が参照される。

[0013]それを通じた流体流れを受ける管の概略的な長手方向断面図である。 [0014]それを通じた流体流れを受ける、曲げを伴う管の概略的な長手方向断面図である。 [0015]複数の繊維を有する被覆の概略的な斜視図である。 [0016]図２Ａの線２Ｂ−２Ｂに沿って切り取られた被覆の概略的な断面図である。 [0017]例の繊維構成を示す図である。 [0018]例の繊維断面を示す図である。 [0019]別の例の繊維断面を示す図である。 [0020]別の例の繊維断面を示す図である。 [0021]別の例の繊維断面を示す図である。 [0022]流体相互作用を受ける表面における例の繊維の配置および配向の概略図である。 [0023]流体相互作用を受ける表面における別の例の繊維の配置および配向の概略図である。 [0024]流体相互作用を受ける表面における別の例の繊維の配置および配向の概略図である。 [0025]複数の繊維が一部分に位置付けられている流体流れストリームにある物体の部分断面図である。 [0026]複数の繊維が一部分に位置付けられている流体流れストリームにある別の物体の部分断面図である。 [0027]複数の繊維が外面に結合されている別の物体の断面図である。 [0028]複数の繊維が外面の一部分に結合されている別の物体の断面図である。 [0029]複数の繊維が外面の一部分に結合されている別の物体の断面図である。 [0030]複数の繊維が外面の一部分に結合されている流線形物体の断面図である。 [0031]図８Ａの流線形物体の上からの平面図である。 [0032]流体を通って移動している、複数の繊維が外面の一部分に結合されている別の流線形物体の側方からの立面図である。 [0033]複数の繊維が外面の一部分に結合されている別の流線形物体の側方からの立面図である。 [0034]複数の繊維が外面の一部分に結合されている別の流線形物体の側方からの立面図である。 [0035]複数の繊維が外面の一部分に結合されている別の流線形物体の側方からの立面図である。 [0036]複数の繊維が外面の一部分に結合されている別の流線形物体の側方からの立面図である。 [0037]複数の繊維が外面の一部分に結合されている別の流線形物体の側方からの立面図である。

[0038]以下の説明で述べられている具体的な詳細が単なる例示で説明のためであり、本出願の範囲を限定するように意図されていないことは、当業者には明らかである。本開示は、他の実施を支持することができ、様々な方法で実施または実行させることができる。

[0039]静的な抗力低減技術は、抗力を低減するために継続的な追加のエネルギー消費を必要としない。流体流れを輸送する管に適用可能な１つの静的な抗力低減技術は、複数の繊維を管の内部通路の内壁表面の全部または一部分に適用することである。

[0040]図１Ａは、それを通じて流体流れ１０２を輸送するための真っ直ぐな管１００を概略的に示している。流体流れ１０２は、管の長手方向軸１０３に沿って延びる管の寸法として定められている管１００の長さに沿って概して移動できる。流体流れ１０２は、例えば、水、油、天然ガス、加熱または冷却された空気、排水、様々な材料のスラリなどを含む、任意の適切な流体の流れであり得る。管１００は、管の内部通路１０６を定める内壁表面１０４を備える。流れ境界層の発達を示す目的のために、管１００は、発達した流れプロフィールを提供するに十分に上流の位置において流体流れ１０２を受ける。そのため、流体流れが管１００の内壁表面１０４に沿って、当業者に知られている従来の境界層理論に従って移動するとき、流体流れ１０２は、層流区域１０８と、遷移流区域１１０と、乱流区域１１２とを含み得る。

[0041]複数の繊維１１６が内壁表面１０４に適用されている。複数の繊維１１６を内壁表面１０４に適用する一部の実施形態は、図２Ａおよび図２Ｂにおいて概略的に示されているものなど、被覆１１４を適用することを含む。一部の実施形態では、被覆１１４は、１つまたは複数の接着層１２０が設けられているテープ１１８の形態である。複数の繊維１１６を内壁表面１０４に作り出す他の実施形態は、内壁表面への繊維の直接的な堆積を含む。

[0042]図１Ｂを参照すると、曲げを有する管１００がここでは検討されている。このような実施形態では、複数の繊維１１６は、管１００において曲げの後に位置付けられている。流体流れ１０２は、内部通路１０６を通り、管１００における曲げを通って通過し、管の比較的真っ直ぐな区域へと下流へ続いていく。方向におけるこの変化は、流体流れ１０２において相当の乱流を引き起こす可能性がある。結果として、曲げから下流の管１００の内部通路１０６は、流体の特性に依存して、距離１１２にわたって乱流を受ける。この領域では、複数の繊維１１６は、流体流れ１０２の乱流を弱めるように位置付けられている。

[0043]ここで図３を参照すると、繊維１１６の例の構成が示されている。繊維１１６は、管の内壁表面１０４に対して、および、追加または代替で、被覆１１４に対して、任意の適切な形および／または位置に配置され得る。図示されている一部の非限定的な例には、完全に真っ直ぐ、波状、巻き毛、または湾曲の繊維１１６がある。他の非限定的な例には、例えば上記の形のいずれかで、部分的に成形されている繊維１１６がある。なおも他の非限定的な例には、例えば先に詳述したものなどの２つ以上の形の組み合わせである繊維１１６がある。

[0044]繊維１１６についてのこれらおよび他の構成の各々は、剛性または柔軟性のある繊維を一部または全体で備えてもよい。繊維１１６の剛性は、繊維の具体的な材料を選択すること、材料の密度を調節すること、各々の繊維の太さを調節することなどによって調節できる。より太い繊維１１６、および／または、綿もしくはレーヨンではなくナイロンもしくはポリエステルなどの材料から作られた繊維は、比較的増大した剛性を呈するために使用され得る。繊維１１６は、空気などの流体を含む用途についての繊維より、水、油、廃棄物、スラリなどの比較的粘性のある流体を含む用途について、より剛性があるべきである。１つの例示の実施形態では、繊維１１６は、繊維堆積の後追加の繊維処理ステップの一部であるコーミングまたは繊維の他の表面処理によって方向付けられるだけの柔軟性がある。

[0045]図４Ａ〜図４Ｄに示されているように、各々の繊維は任意の適切な断面形状を有することができる。図示された一部の非限定的な例は、円形の断面、複数の交差する円から作られた断面、三角形の断面、および矩形の断面を伴う繊維１１６を含む。六角形などの他の図示されていない断面も本明細書では検討されている。１つの具体的な例示の実施形態は、５０μｍ以下の直径を有する円形の断面を伴う繊維１１６を含む。この直径は柔軟性のある繊維１１６と対応でき、比較的剛性のある繊維は２倍または３倍大きい直径を含み得る。所与の被覆１１４の繊維１１６、または、繊維の所与の集まりの繊維１１６は、同じ均一な断面をすべて有してもよいし、大きさおよび／または形が異なる断面を有してもよい。繊維１１６は、例えば、ナイロン、ポリエステル、レーヨン、綿、それらのある組み合わせなどを含む、任意の適切な材料から作られ得る。

[0046]図５Ａ〜図５Ｃを参照すると、被覆１１４は、流体流れ１０２に対して任意の適切な様態で位置付けまたは配向された繊維１１６を含む。図示された一部の非限定的な例は、流体流れ１０２の方向に対して概して垂直に延びる列で配置された繊維１１６と、流体流れの方向に対して概して平行に延びる列で配置された繊維１１６と、ずれたパターンまたは斜めのパターンで配置された繊維１１６とを含む。湾曲または波状の繊維の配置パターンなど、他の図示されていない配置も本明細書において検討されている。被覆１１４の全体が繊維１１６の均一に離間した配置を有してもよいし、繊維が変化しているパターンまたは無作為なパターンで配置されてもよい。繊維１１６の他の図示されていない形または位置が、例えば繊維の絡まった層など、繊維の織り交ぜられたパターンを含んでもよい。

[0047]一部の実施形態では、被覆１１４は、複数の繊維１１６がテープに容易に結合するように、テープの側面に設けられたエポキシ層などの接着層１２０のうちの１つまたは複数で箔テープ１１８を覆うことで製造される。電圧が、箔テープに静電界を提供するために箔テープ１１８に効果的に適用される。ナイロン繊維などの繊維１１６は、静電界によって移動するように誘引および強制される。そのため、繊維１１６は箔テープ１１８における接着層１２０へと埋め込まれる。この方法は、テープ１１８の表面に対して概して垂直に延びる繊維１１６を可能にする。箔テープ１１８は、テープにおける繊維の堆積角度に影響を与えるために、入射する繊維１１６に対して角度が調節されてもよい。一部の実施形態では、繊維１１６は、繊維がテープに対して９０°未満で０°よりも大きい角度とされている後退角の配向で箔テープ１１８に堆積させられる。別の接着層１２０が、テープが所望の表面（管１００の内壁表面１０４など）に固定され得るように、繊維１１６に結合される側と反対のテープ１１８の側に設けられる。

[0048]被覆１１４は、管１００の内壁表面１０４などの所望の表面にテープで貼られてもよいし、管の封止剤または塗料層などの層へと埋め込まれてもよい。埋め込みの実施形態では、接着層１２０のうちの１つは省かれてもよい。代替で、繊維１１６は、１つまたは複数の型、噴霧装置などを介した直接的な堆積を通じて、被覆なしで管に直接的に適用されてもよい。

[0049]一部の直接的な繊維の適用の実施形態では、複数の繊維１１６は、内壁表面１０４における（または、テープ１１８への）堆積の前に液体の形態であり得る。繊維１１６になる材料の各々の区域の溶融端は、内壁表面１０４（または、テープ１１８）において乾燥し、それによって接着剤なしで繊維を結合できる。例えば、生成された繊維１１６が先に詳述したような任意の形および配向のものとなるように、型が成形されてもよい。ポリエステルは、一部の直接的な繊維の適用の実施形態において、繊維１１６のための適切な材料の非限定的な例である。

[0050]ここで図１Ａおよび図１Ｂに戻ると、流体流れの事象の間の動作において、繊維１１６は、比較的大きい渦の発達を抑制するために、流体流れ１０２において発達する渦を抑制および吸収する。発達する渦の抑制は、乱流区域１１２の成長を遅らせることを通じた乱流制御によって、表面摩擦における静的な低減を可能にする。繊維１１６は、管１００の内壁表面１０４に直接的または間接的のいずれかで結合される。繊維１１６の各々は、管１００の内壁表面１０４から離れて内部通路１０６へと突出する。概略的な図示において、繊維１１６は、内部通路１０６へと延びるにつれて実質的に互いと平行である。

[0051]複数の繊維１１６は、繊維の直径、長さ、延在の方向、弾性、断面、表面仕上げ、組成などのうちの少なくとも１つを調節することで、特定の用途のために特別に作ることができる。繊維１１６についての一部の例の長さには、限定されることはないが、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．５ｍｍ、および４．０ｍｍがある。繊維１１６の配置および密度も必要に応じて調節できる。一部の実施形態では、繊維１１６の密度は繊維の選択された長さに対応して変化させられ得る。このようにして、一部の実施形態は、例えば、０．５ｍｍの長さである繊維を１ｍｍ^２当たり８４本、１．０ｍｍの長さである繊維を１ｍｍ^２当たり６０本、１．５ｍｍの長さである繊維を１ｍｍ^２当たり１４本、２．５ｍｍの長さである繊維を１ｍｍ^２当たり６本、４．０ｍｍの長さである繊維を１ｍｍ^２当たり４本含む。

[0052]繊維１１６は、一部の実施形態では管１００の内壁表面１０４の全体を覆う。他の実施形態では、繊維１１６の個別区域は、不連続距離Ｄ１によって分離されている（図１Ａ）。図示された実施形態では、繊維１１６の個別区域は、管１００の長さに沿って延びる方向において不連続距離Ｄ１によって分離されている。追加または代替で、繊維１１６の個別区域は、円形の断面を有する管１００の周囲に沿って分離されている（つまり、繊維の区域間で、繊維の区域の異なる円弧長さおよび空間または不連続性）。一部の実施形態では、繊維１１６の１つまたは複数の区域は、流体流れ１０２に固有の特性に対応する管１００に沿っての重要な場所にのみ配置され得る。これらの場所のうちの一部は、例えば、管１００の遷移流区域１１０、管の乱流区域１１２などを含み得る。繊維１１６のこのような選択的な適用は、管１００を製造するときにコストおよび／または労力を節約できる。

[0053]図１Ａに示したように、管１００の一部の実施形態は、流体流れの境界層厚さＴ１より短い長さＬ１を有する繊維１１６の区域を備える。例えば、繊維１１６は、０．５ｍｍ以下の長さＬ１を有する短い繊維１２２の区域を含む。短い繊維１２２の区域は、流体流れ１０２の遷移流区域１１０に位置付けられて示されており、遷移流区域における境界層厚さＴ１より短い長さＬ１を有する。短い繊維１２２の区域におけるこれらの繊維１１６は、遷移流区域１１０における渦の発達を抑制し、それによって乱流区域１１２の発達を遅らせるように配置される。

[0054]同じく図１Ａに示したように、管１００の一部の実施形態は、流体流れの境界層厚さＴ２より長い長さＬ２を有する繊維１１６の区域を備える。例えば、繊維１１６は、４．０ｍｍ以下の長さＬ２を有する長い繊維１２４の区域を含む。長い繊維１２４の区域における繊維１１６は、０．５ｍｍ超の長さＬ２をさらに有する。長い繊維１２４のこの区域は、流体流れ１０２の乱流区域１１２に位置するように管１００の内部通路１０６において十分に下流に位置付けられる。長い繊維１２４の区域におけるこれらの繊維１１６は、流体流れ１０２の流れの分離を制御するために乱流区域１１２における渦を吸収する。

[0055]図１Ａに概略的に示されている実施形態では、短い繊維１２２の区域は長い繊維１２４の区域の上流に位置付けられており、それら区域は不連続距離Ｄ１によって分離されている。他の実施形態では、図示された不連続距離Ｄ１の位置における内壁表面１０４は、代わりに、短い繊維１２２の追加の区域で占められてもよいし、短い繊維１２２の区域の長さＬ１から長い繊維１２４の区域の長さＬ２まで長さが漸次に増加する繊維１１６の区域で占められてもよい。

[0056]図１Ｂに概略的に示されている実施形態では、繊維１１６の上流における管１００での曲げのため流体流れ１０２がすでに乱流区域１１２にあるため、長い繊維１２４の区域だけが設けられている。

[0057]ここで図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、流体２０２を通過するための流線形物体２００が概略的に示されている。流線形物体２００は水力学的および／または空気力学的な物体とすることができ、そのため、流体は、水、空気などを含む任意の適切な流体であり得る。流線形物体２００は、任意の適切な航空機（翼または翼の一部分など）、船舶（船または水中船）、地上の乗り物（商用トラックを含む）、屋外構造物（柱（ポール）、建物、または風力タービンなど）、水中構造物、ユーティリティライン（ｕｔｉｌｉｔｙｌｉｎｅ）、センサ（装着柱を伴うかまたは伴わない）、スポーツウェア（ヘルメットおよび衣服など）、スポーツの乗り物（ボブスレーおよびレーシングカーなど）などの一部分または構成要素とでき、これらのすべてが図６Ａ〜図９Ｆにおいて概略的に表されている。

[0058]流線形物体２００は外面２０４を備える。外面２０４は前縁２０６と後縁２０８とを定める。前縁２０６は、後縁２０８が流体を通過する前に流体２０２を通過するように位置付けられる。別の言い方をすれば、前縁２０６は先頭にある、または、前方にある、または、後縁２０８から上流にある。

[0059]先に詳述したように被覆を伴うかまたは伴わない複数の繊維２１６は、任意の適切な手法で外面２０４に結合される。例えば、被覆２１４は、外面２０４の所望の部分にテープで貼られてもよいし、封止剤または塗料層などの外面の層へと埋め込まれてもよいし、先に詳述したものと同様の手法で外面に直接的に堆積させられてもよい。繊維２１６の各々は、ひとたび固定されると、外面２０４から離れるように突出する。（繊維１１６に関して）同じく先に詳述されているように、繊維２１６は様々な構成で配置され得る。さらに、繊維２１６は、例えばナイロン、レーヨン、綿、またはポリエステルを含む任意の適切な材料から作られ得る。

[0060]図６Ａに示されているように、流線形物体２００の一部の実施形態は、後縁２０８よりも前縁２０６の近くで外面２０４の一部分を覆う繊維２１６を備える。このような実施形態では、繊維２１６は、各々の繊維が１．７ｍｍ以下の繊維長さＬ１を有する短い繊維２２２の区域であり得る。さらなる実施形態は、０．５ｍｍ以下の繊維長さＬ１を有する短い繊維２２２を備え得る。繊維２１６は、流線形物体２００を越える流体２０２の流れのため、寝かされて示されている。当然ながら、繊維２１６は、代わりに、流体２０２の流れの影響のないときであっても寝かされるかまたは後退角とされるように構築されてもよい。先に詳述したように、繊維２１６は、一部の実施形態では柔軟性または弾性であり得る。短い繊維２２２は、遷移流区域２１０における渦の発達を抑制し、それによって乱流区域２１２の発達を遅らせるように配置される。

[0061]図６Ｂに示されているように、流線形物体２００の一部の実施形態は、前縁２０６よりも後縁２０８の近くで外面２０４の一部分を覆う繊維２１６を備える。このような実施形態では、繊維２１６は、各々の繊維が１０．０ｍｍ以下の繊維長さＬ２を有する長い繊維２２４の区域であり得る。さらなる実施形態は、４．０ｍｍ以下の繊維長さＬ２を有する長い繊維２２４を備え得る。繊維２１６は、流線形物体２００を越える流体２０２の流れのため後退角とされて示されているが、代わりに、流体流れの影響のないこのような配向で製造されてもよい。長い繊維２２４は、流体２０２の乱流が流線形物体２００の後に続くときにその乱流を最小限にするために、乱流区域２１２における渦を吸収する。

[0062]ここで図７Ａ、図７Ｂ、および図７Ｃを見ると、流線形物体２００における繊維２１６の他の可能性のある配置が示されている。図７Ａに関して、流線形物体２００の一部の実施形態は、外面２０４の全体を覆う繊維２１６を備える。図７Ａにおける流線形物体２００の繊維２１６は、例えばすべて短い繊維２２２であり得る。被覆２１４で完全に覆われた外面２０４は、流線形物体２００を越える流体２０２の流れに関して、方向の依存を受けない。

[0063]図７Ｂは、前縁２０６よりも後縁２０８の近くで外面２０４の一部分を覆う繊維２１６を有する流線形物体２００の実施形態を示している。この図示されている実施形態では、繊維２１６は、流線形物体２００の進む方向Ｄ２から角度Ａ１で後に設定されている。図７Ｂにおける流線形物体２００の繊維２１６は、例えばすべて長い繊維２２４であり得る。

[0064]図７Ｃに関して、流線形物体２００の一部の実施形態は、外面２０４の分かれた部分を繊維の２つの個別区域で覆う繊維２１６を備える。繊維２１６の２つの部分は、両方とも後縁２０８より前縁２０６の近くにあってもよく、流線形物体２００の進む方向Ｄ２から角度Ａ２で後に設定されてもよい。繊維２１６の２つの区域は、同じ角度Ａ２で後に設定されてもよいし、異なる角度で後に設定されてもよい。繊維２１６の２つの区域の各々は、流線形物体２００の周りで９０°未満である被覆角度Ａ３を通じて続くことができる。この図示されている実施形態では、繊維２１６は、例えばすべて短い繊維２２２であり得る。

[0065]ここで図８Ａおよび図８Ｂを見ると、流線形物体２００は翼の形態であり得る。本明細書の目的について、翼の流線形物体２００の長さは、前縁２０６から後縁２０８へと延びる翼の寸法と見なすことができる。図８Ａおよび図８Ｂでは、翼の流線形物体２００は、先の図７Ｃに関して記載されているものと同様の手法で繊維２１６の２つの個別区域を含む。先に述べたように、繊維２１６は、すべての短い繊維２２２をこのような実施形態において備えてもよい。当然ながら、翼の流線形物体２００に関する繊維２１６の多くの他の構成および配置が、本明細書において検討されている。

[0066]図９Ａ〜図９Ｆは、遷移または乱流の流体流れの領域において表面摩擦係数を小さくするために繊維２１６の１つまたは複数の区域を含む翼の流線形物体２００の例を示している。このような流線形物体２００は、空気に関して記載されているが、水または他の流体においても適用可能であり得ることは、理解されるべきである。表面摩擦係数は、流体流れにおける渦を弱めることを通じて、繊維２１６で流れの分離を最小限にすることで小さくされる。流体流れに対する流線形物体２００の迎え角が表面摩擦係数を小さくするときに繊維２１６の有効性に効果を有し得ることが、本明細書では認識されている。つまり、迎え角がより大きくなると、流線形物体２００は、流体流れに対して垂直な方向において、前縁２０６は後縁２０８より高く位置付けられ、繊維２１６はより効果的になり得る。図９Ａにおける翼の流線形物体２００は、流体２０２の水平方向の流れに対して約２０°から約３０°の間の迎え角で後縁２０８の上方で延びている前縁２０６で示されている。翼の流線形物体２００は、図９Ｂ〜図９Ｆにおいて、約０°において迎え角を有する概して水平位置で示されている。空気流が図において左から右へと移動するとき、翼の流線形物体２００が図示されているような紙面において時計回りに回転させられるとき、迎え角は大きくなる。

[0067]図９Ｂに示されているように、翼の流線形物体２００は、翼の長さのうちの中間３分の１の部分を覆う繊維２１６の区域を含み得る。繊維２１６は、繊維のない第１の区域Ｓ１の傍の前縁２０６から後に設定され得る。第１の区域Ｓ１は、一部の実施形態では、翼の流線形物体２００の長さのおおよそ３分の１であり得る。繊維２１６は、被覆区域Ｓ２を形成するために翼の流線形物体２００の長さに沿って延び得る。被覆区域Ｓ２は、一部の実施形態では、翼の流線形物体２００の長さのおおよそ３分の１未満であり得る。繊維２１６は短い繊維２２２または任意の他の適切な長さであり得る。

[0068]図９Ｃに関して、翼の流線形物体２００は図９Ｂについて先に記載したものと同様であり得る。しかしながら、図９Ｃの翼の流線形物体２００は、翼の流線形物体２００の長さのおおよそ３分の１を形成する被覆区域Ｓ２を含み得る。繊維２１６は短い繊維２２２または任意の他の適切な長さであり得る。

[0069]図９Ｄに示された実施形態では、繊維のない第１の区域Ｓ１が翼の流線形物体２００の長さのおおよそ３分の２で延びている。被覆区域Ｓ２は、翼の流線形物体２００の長さの残りのおおよそ３分の１を形成している。繊維２１６は長い繊維２２４または任意の他の適切な長さであり得る。

[0070]図９Ｅに示された実施形態は、翼の流線形物体２００の長さのおおよそ３分の１で延びている繊維のない第１の区域Ｓ１を含む。被覆区域Ｓ２は、翼の流線形物体２００の長さの残りのおおよそ３分の２で延びている。この実施形態における被覆区域Ｓ２は、翼の流線形物体２００の前縁２０６から離れて後縁２０８に向けて進むにつれて短い繊維２２２から長い繊維２２４へと徐々に変化する繊維２１６を備え得る。

[0071]図９Ｆは、翼の流線形物体２００のなおも別の実施形態を示している。この実施形態の翼の流線形物体２００は、翼の長さのおおよそ３分の１で延びる繊維のない第１の区域Ｓ１を備える。図９Ｆにおける翼の流線形物体２００は、繊維２１６の２つの個別の区域を前方の被覆区域Ｓ２と後方の被覆区域Ｓ４との形態で含む。２つの被覆区域Ｓ２、Ｓ４は、繊維のない第２の区域Ｓ３によって分離されている。図９Ｆに示された例示の実施形態は、前方の被覆区域Ｓ２と繊維のない第２の区域Ｓ３とは、翼の流線形物体２００の長さのおおよそ３分の１を作り上げている。後方の被覆区域Ｓ４は、翼の流線形物体２００の長さの残りのおおよそ３分の１で延びている。このような実施形態では、前方の被覆区域Ｓ２は短い繊維２２２の区域を含み、後方の被覆区域Ｓ４は長い繊維２２４の区域を含む。

[0072]図９Ｂ〜図９Ｅが、３分の１へと分割された翼の流線形物体２００の長さに関して詳述されたが、これらの実施形態が非限定的であることは理解されるべきである。他の実施形態は、翼の流線形物体２００の長さの３分の１より大きいかまたは小さい１つまたは複数の繊維のない区域Ｓ１、Ｓ３を含んでもよく、翼の長さの３分の１より大きいかまたは小さい１つまたは複数の被覆区域Ｓ２、Ｓ４を含んでもよい。一部の例示の実施形態は、翼の流線形物体２００の長さの１０〜２０％、１５％、２５〜２５％、３０％、５５〜６５％、または６０％を覆う各々の被覆区域Ｓ２、Ｓ４を含む。

[0073]したがって、抗力を低減するために表面に適用される繊維を含む様々な実施形態が記載されてきた。上記は本開示の例の実施形態を説明しているが、これらの説明は限定の意味において考えられるべきではない。むしろ、本開示の範囲から逸脱することなく行われ得るいくつかの変形および改良がある。

Claims

流体を通過するための流線形物体であって、
前縁および後縁を定める外面であって、前記前縁は、前記流体を通る前記流線形物体の移動の間に前記後縁の前に前記流体を通過するように配向される、外面と、
前記外面に結合された複数の繊維であって、複数の繊維の各々の繊維が前記外面から離れるように突出する、複数の繊維と
を備える流線形物体。
前記複数の繊維は前記外面の全体に位置付けられる、請求項１に記載の流線形物体。
前記複数の繊維は、前記後縁より前記前縁の近くの前記外面の一部分に位置付けられる、請求項１に記載の流線形物体。
前記複数の繊維の各々の繊維は１．７ｍｍ以下の繊維長さを有する、請求項３に記載の流線形物体。
前記複数の繊維の各々の繊維は０．５ｍｍ以下の繊維長さを有する、請求項４に記載の流線形物体。
前記複数の繊維は、前記前縁より前記後縁の近くの前記外面の一部分に位置付けられる、請求項１に記載の流線形物体。
前記複数の繊維の各々の繊維は１０．０ｍｍ以下の繊維長さを有する、請求項６に記載の流線形物体。
前記複数の繊維の各々の繊維は４．０ｍｍ以下の繊維長さを有する、請求項７に記載の流線形物体。
前記流線形物体は、航空機の一部分、地上の乗り物の一部分、船の一部分、水中船の一部分、または風力タービンの一部分である、請求項１に記載の流線形物体。
前記流線形物体は翼の形態である、請求項９に記載の流線形物体。
前記複数の繊維の各々の繊維はナイロンから構築される、請求項１に記載の流線形物体。
前記複数の繊維は、前記複数の繊維の少なくとも２つの個別区域を伴って前記外面に位置付けられる、請求項１に記載の流線形物体。
前記複数の繊維の前記少なくとも２つの個別区域のうちの１つの区域は、前記少なくとも２つの個別区域のうちの他の区域より前記前縁の近くにあり、前記前縁により近い前記１つの区域は、前記他の区域より短い繊維を有する、請求項１２に記載の流線形物体。
前記複数の繊維の各々の繊維は、綿、レーヨン、またはポリエステルから構築される、請求項１に記載の流線形物体。
前記流線形物体は、断面が実質的に円筒形である、請求項１に記載の流線形物体。
前記流線形物体は、ワイヤ、または、柱、または、使用者に着用される衣服の一部分、またはアンテナの一部分である、請求項１５に記載の流線形物体。
流体流れを輸送するための管であって、
前記管の内部通路を定める内壁表面と、
前記内壁表面に結合される複数の繊維であって、前記複数の繊維のうちの少なくとも一部の繊維は前記内壁表面から離れて前記内部通路へと突出する、複数の繊維と
を備える管。
前記少なくとも一部の繊維は、前記内壁表面から、前記複数の繊維のうちの隣接する繊維と実質的に平行に突出する、請求項１７に記載の管。
前記少なくとも一部の繊維は、前記管を通過させられる前記流体流れの境界層厚さを越えるように選択される長さのものである、請求項１７に記載の管。
前記少なくとも一部の繊維は、前記管を通過させられる前記流体流れの乱流区域に位置するように前記内部通路において十分に下流に位置付けられる、請求項１７に記載の管。
前記複数の繊維は前記管の前記内壁表面の全体に位置付けられる、請求項１７に記載の管。
前記少なくとも一部の繊維は５０μｍ以下の繊維直径を有する、請求項１７に記載の管。
前記少なくとも一部の繊維は４．０ｍｍ以下の繊維長さを有する、請求項１７に記載の管。
前記少なくとも一部の繊維は複数の短い繊維と複数の長い繊維とを備え、前記複数の短い繊維は前記複数の長い繊維の上流に位置付けられる、請求項１７に記載の管。
前記複数の短い繊維は、前記管の長さに沿って延びる不連続距離によって前記複数の長い繊維から分離される、請求項２４に記載の管。
前記複数の短い繊維の各々の繊維は０．５ｍｍ以下の繊維長さを有する、請求項２４に記載の管。
前記複数の長い繊維の各々の繊維は０．５ｍｍより大きく４．０ｍｍ以下の繊維長さを有する、請求項２６に記載の管。
前記複数の繊維の各々の繊維はナイロンから構築される、請求項１７に記載の管。
前記管は空気調和システムのための空気ダクトを形成する、請求項１７に記載の管。
前記複数の繊維の各々の繊維は、綿、レーヨン、またはポリエステルから構築される、請求項１７に記載の管。
前記複数の繊維は前記管における曲げから下流において前記内壁表面に結合される、請求項１７に記載の管。