JP2827613B2 - 羽根曲面計算作図装置 - Google Patents

羽根曲面計算作図装置

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JP2827613B2
JP2827613B2 JP3258974A JP25897491A JP2827613B2 JP 2827613 B2 JP2827613 B2 JP 2827613B2 JP 3258974 A JP3258974 A JP 3258974A JP 25897491 A JP25897491 A JP 25897491A JP 2827613 B2 JP2827613 B2 JP 2827613B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は家庭用空調機器や換気扇
などに用いられる軸流形あるいは斜流形の羽根車の開発
における設計や作図を行なうための羽根曲面計算作図装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】家庭用空調機器をはじめ、生活のいたる
ところで送風機が利用されている中で、比較的低騒音で
大風量が得られ、かつ、製造コストが安いということか
ら軸流形や斜流形の羽根車がよく使われている。この種
の羽根車の設計は、飛行機のプロペラと同様に翼理論に
基づいた設計手法や流体力学的なシミュレーションある
いは膨大な実験量に基づく経験的設計によって行なわれ
ている。そのような設計、修正設計を繰り返して得られ
た高性能な羽根車を使用動作点毎に数種類用意し、以後
は、その羽根形状を基本形としてほぼ相似的に拡大縮小
することによって、必要な寸法、動作点の羽根車を設計
している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の設計では、羽根車の使用条件に合わせた最適設計が出
来ないという課題があった。すなわち、軸流形や斜流形
の羽根車はシロッコファンやターボファンと異なり、周
囲を覆うケーシングを持たないために、取り付け条件や
取り付け部周辺の障害物による影響を受けやすい。その
結果、ある機器では非常に高性能であった羽根車が、別
の機器ではあまり良くないことがしばしばある。特に、
騒音特性については変化が大きく、低騒音を保ちつつ、
高性能を実現するためには機器に合わせた最適設計が不
可欠である。
【0004】羽根車の最適設計を行なうために、パラメ
ータとして変更する項目は羽根の三次元形状を決定する
ものであるから、非常にたくさんの種類が考えられる。
一般的なものとして、羽根枚数、羽根の入口角、出口角
の分布、メリディアン形状などがあり、さらに、羽根曲
面の三次元性を考慮すればパラメータの種類は膨大な量
になる。そのうえ、それらのパラメータの多くが離散的
なレベル付けが出来ないもので、不定形に変化(メリデ
ィアン形状、羽根の反り形状)するものや分布形状とし
て扱う必要があるものなので、幅広い組合せについて検
討することは容易ではない。
【0005】また、上述の各種設計方法はそれぞれ次の
ような課題があり、様々なパラメータの組合せで設計を
行なうことが設計手法の面からも困難であった。すなわ
ち、翼理論に基づく方法は、性能が分かっている既存の
翼型を使用するもので、新規に翼型を設計したり、新し
い羽根の反り形状を決定することはできないし、実験デ
ータに基づく経験的設計も、実験データの無い新しい羽
根車は設計できない。したがって、これらの手法には設
計パラメータを自由に変更して、様々な羽根車を設計す
るためには自由度が低すぎるという課題があった。ま
た、シミュレーションによる設計は、設計された羽根車
の性能や内部流れを予測するもので、元になる羽根車の
設計は別の方法で行なう必要がある。さらに、その性能
予測精度はまだ不十分で、現在のところ実験に対する補
助的手段のレベルである。
【0006】本発明は上記課題を解決するもので、個々
の機器に合わせた最適な羽根車を設計するために、パラ
メータを自由に変更できる汎用性に富み、かつ、短時間
で試作実験を繰り返すことが可能なように設計、製図時
間を飛躍的に短縮した羽根車設計手法を提供することを
目的としたものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、入力装置と出力装置と処理装置と文字および
図形を表示する表示装置と前記処理装置は前記入力装置
より入力された平面上の任意の4点を滑らかな曲線で結
び、略四辺形を形成し、一組の対辺の一方を線分L、他
方を線分Tとして、各々、等しい数の分割点l1
2 ,・・・,ln およびt1 ,t2 ,・・・,tn
設け、相対する分割点を結んだ線分b1 ,b 2 ,・・
・,bn を設定し、前記平面内で前記閉曲線と交わり部
分を持たない任意の直線Xを回転軸として前記線分
1 ,b2 ,・・・,bn および前記線分L,線分Tを
それぞれ回転させて得られる回転曲面s1 ,s2 ,・・
・,sn およびLs,Tsを構成する処理手段1と、こ
れらの回転曲面s1 ,s2 ,・・・,sn 上で、前記回
転曲面LsとTsを結び、かつ、回転曲面Ls側の端点
1L,l2L,・・・,lnLおよび回転曲面Ts側の端点
1T,t2T,・・・,tnTにおいて、直線X周りの回転
における周方向となす角が、それぞれ、前記入力装置よ
り入力された値α1 ,α2 ,・・・,αn およびβ1
β2 ,・・・,βn となる曲線c1 ,c2 ,・・・,c
n を前記回転曲面s1 ,s2,・・・,sn 上におい
て、複数個の三次曲線を連結したものとして表わす処理
手段2と、前記回転曲面Ls上の任意の曲線le と前記
回転曲面s1 ,s2 ,・・・,sn の交点が前記端点l
1L,l2L,・・・,lnLと一致するように、前記回転曲
面s1 ,s2 ,・・・,sn を回転させ、これらの曲線
1 ,c2 ,・・・,cn を滑らかに結んで曲面を定義
する処理手段3と、この定義された曲面の輪郭形状およ
び曲面内の少なくとも数10点以上の座標値を前記表示
装置に表示する処理手段4と、前記輪郭形状および曲面
内の少なくとも数10点以上の座標値を前記出力装置に
出力する処理手段5を有するものである。
【0008】
【作用】本発明は上記構成によって、任意の4点を滑ら
かな曲線で結んだ略四辺形をメリディアン形状とし(処
理手段1)、羽根の入口角、出口角の分布を任意に設定
する(処理手段2)。また、羽根反り線は複数の三次曲
線の連結で構成する(処理手段2)ことにより、任意の
反り線形状の羽根を設計する。さらに、個々の羽根反り
線を任意の曲線に合わせて周方向に移動させる(処理手
段3)ことによって、羽根車の平面形状を自由に変え
る。
【0009】設計パラメータは入力装置より入力され処
理装置内で高速に処理される。最終的な羽根車の輪郭形
状と三次元座標値は、短時間で表示装置や出力装置に出
力される(処理手段4,処理手段5)。
【0010】
【実施例】以下本発明の実施例を図を参照して説明す
る。
【0011】まず、機器の構成について説明する。図1
において、1は処理装置であり、いわゆるパーソナル・
コンピュータやワークステーションのCPUが用いら
れ、計算処理を行うためのプログラムやデータをストア
するためのメモリを備えている。2は処理装置1に接続
された入力装置であり、羽根曲面を計算するための基礎
データを入力したり、各種処理の実行命令を入力したり
するために用いられ、一般的にはキーボードである。3
は処理装置1に接続された表示装置であり、入力や出力
の数値だけでなく、計算結果の形状を図形として表示す
る機能を持っている。4は処理装置1に接続された出力
装置であり、最終的な羽根車の輪郭形状や数表を出力す
るためのプロッタ、ハードコピー機などである。
【0012】次に、本発明による羽根曲面計算手順を処
理手順にしたがって説明する。図2,図3は処理手段1
を説明する図であり、図4は処理手段を示したものであ
る。図2に示された平面上の任意の4点A,B,Cおよ
びDを入力装置より座標値を用いて入力し、一組の対
辺、つまり線分Lと線分Tを指定することによって、線
分L、及び線分T上にそれぞれ分割点l1 ,l2 ,・・
・,lm ,・・・,ln およびt1 ,t2 ,・・・,t
m ,・・・,tn を自動的に作成する。さらに、両線分
上で相対する分割点を結んだ線分b1 ,b2 ,・・・,
m ,・・・,b n を求めた後、それらの線分と上記の
線分L、及び線分Tをあらかじめ与えられた直線Xのま
わりに回転して得られる回転曲面s1 ,s2 ,・・・,
m ,・・・,sn およびLs,Tsを構成する処理が
行われる。ここで、図3は回転曲面s1 ,s2 ,・・
・,sm ,・・・,sn のうちのsm と線分L、及び線
分Tより得られる回転曲面Ls,Tsを示している。
【0013】図5は処理手段2の説明図であり、回転曲
面sm の展開図である。図6はその手順である。曲線c
m は回転曲面Ls側の端点lmlと回転曲面Ts側の端点
mtを結ぶものである。この曲線cm は、端点lml,t
mtにおいて、直線X周りの回転における周方向となす角
αm ,βm があらかじめ上記入力装置より入力された値
になるように、複数の三次曲線を連結して構成される。
この処理は回転曲面s 1 ,s2 ,・・・,sn のすべて
について行われ、曲線c1 ,c2 ,・・・,c n が定め
られる。このとき、α1 ,α2 ,・・・,αn およびβ
1 ,β2 ,・・・,βn は、s1 からs2 までの各回転
曲面に対してすべての値を入力しても良いが、代表値と
して5,6点の値を与えれば、その値をもとにして補間
を自動的に行うようになっている。
【0014】図7は処理手段3の説明図であり、上述の
種々の回転曲面を、直線Xに沿って回転曲面Ls側から
みた平面図である。図8はその処理手順である。回転曲
面Ls上に任意の曲線le を設定してやると、曲線
1 ,c2 ,・・・,cn と回転曲面Lsとの交点
1L,l2L,・・・,lnLが曲線le 上に乗るように、
回転曲面s1 ,s2 ,・・・,sn を回転させる処理が
行われる。上述のように、回転曲面s1 ,s2 ,・・
・,sn 上の曲線c1 ,c2 ,・・・,cn は入力され
たα1 ,α2 ,・・・,αn およびβ1 ,β2 ,・・
・,βnによって決定されているので、それらを積み重
ねて構成される羽根曲線l1L−t1T−tnT−tnTが一意
的に決定される。
【0015】図9,図10及び図11は処理手段4及び
処理手段5の表示や出力の例を示したものである。図9
は羽根曲面の輪郭形状を表す側面図、図10は同じく平
面図である。また、図11は平面図に示された羽根曲面
の座標値を示した数表である。これらの図や数表は本発
明の処理手段4によって、表示装置で簡単に見ることが
出来るので、設計した羽根曲面の形状をその場で確認し
ながら各種形状の羽根を次々と、短時間で設計すること
が出来る。その中で、必要なものだけを処理手段5を用
いて出力装置に出力することによって、さらに効率よく
設計製図作業を進めることが可能になる。
【0016】本発明の羽根曲面計算作図装置は、上記の
処理手段1,処理手段2,処理手段3,処理手段4,処
理手段5を処理装置によって高速で処理することによ
り、従来の設計手法では考えられなかったほどの、多様
な形状の羽根を非常に短時間で設計、製図することが出
来る。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように本発明の羽根曲面計
算作図装置によれば、羽根曲面を決定するパラメータを
任意に与えて、広範囲な羽根形状の設計が出来るととも
に、数分で設計結果を表示装置に表示することが出来る
ので、短時間で多くのパラメータについて設計検討する
ことが出来る。さらに、設計した羽根形状を図面や数表
として出力装置に出力することが出来るので、設計作業
と製図作業が同時に行える。
【0018】したがって、設計試作の期間を短縮し、個
々の機器に合わせた最適設計を行うための細かい検討が
可能となり、高性能な羽根車を開発することが出来ると
いう効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における羽根曲面計算作図装
置の機器構成の概要を示すブロック図
【図2】同装置で行われる処理手段1の前半の説明図
【図3】同装置で行われる処理手段1の後半の説明図
【図4】同装置で行われる処理手段1の処理手順の一例
を示すフローチャート
【図5】同装置で行われる処理手段2を説明する回転曲
面の展開図
【図6】同装置で行われる処理手段2の処理手順の一例
を示すフローチャート
【図7】同装置で行われる処理手段3を説明する平面図
【図8】同装置で行われる処理手段3の処理手順の一例
を示すフローチャート
【図9】同装置で得られる羽根の輪郭形状を表す側面図
の一出力例
【図10】同装置で得られる羽根の輪郭形状を表す平面
図の一出力例
【図11】同装置で得られる羽根曲面を表す座標値の数
表の一出力例
【符号の説明】
1 処理装置 2 入力装置 3 表示装置 4 出力装置

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】処理装置に接続されて、入力装置と前記処
    理装置にそれぞれ接続された出力装置及び文字および図
    形を表示する表示装置とからなり、前記処理装置は前記
    入力装置より入力された平面の任意の4点を滑らかな閉
    曲線で結んで、略四辺形を形成し、この四辺形の一組の
    対辺の一方を線分L、他方を線分Tとして、この各々の
    線分L及び線分Tには等しい数の分割点l1 ,l2,・
    ・・,l n およびt1 ,t2 ,・・・,tn を設け、相
    対する前記分割点を結んだ線分b 1 ,b2 ,・・・,b
    n を設定し、前記閉曲線と交わり部分を持たない任意の
    直線Xを回転軸として前記線分b1 ,b2 ,・・・,b
    n および前記線分L及び前記線分Tをそれぞれ回転させ
    て得られる回転曲面s1 ,s2 ,・・・,sn およびL
    s,Tsを構成する処理手段1と、これらの回転曲面s
    1 ,s2 ,・・・,sn 上で、前記回転曲面LsとTs
    を結び、かつ、回転曲面Ls側の端点l1L,l2L,・・
    ・,lnLおよび回転曲面Ts側の端点t1T,t2T,・・
    ・,tnTにおいて、直線X周りの回転における周方向と
    なす角が、それぞれ、前記入力装置より入力された値α
    1 ,α2 ,・・・,αn およびβ1 ,β2 ,・・・,β
    n となる曲線c1 ,c2 ,・・・,cn を前記回転曲面
    1 ,s2 ,・・・,sn 上において、複数個の三次曲
    線を連結したものとして表わす処理手段2と、前記回転
    曲面Ls上の任意の曲線le と前記回転曲面s1
    2 ,・・・,sn の交点が前記端点l1L,l2L,・・
    ・,lnLと一致するように、前記回転曲面s1 ,s2
    ・・・,sn を回転させ、これらの曲線c1 ,c2 ,・
    ・・,cn を滑らかに結んで曲面を定義する処理手段3
    と、この定義された曲面の輪郭形状および曲面内の少な
    くとも数10点以上の座標値を前記表示装置に表示する
    処理手段4と、前記輪郭形状および曲面内の少なくとも
    数10点以上の座標値を前記出力装置に出力する処理手
    段5を有する羽根曲面計算作図装置。
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