JP2829575B2 - Boundary layer separation suppression device for moving objects - Google Patents

Boundary layer separation suppression device for moving objects

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JP2829575B2
JP2829575B2 JP7259210A JP25921095A JP2829575B2 JP 2829575 B2 JP2829575 B2 JP 2829575B2 JP 7259210 A JP7259210 A JP 7259210A JP 25921095 A JP25921095 A JP 25921095A JP 2829575 B2 JP2829575 B2 JP 2829575B2
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piezoelectric element
moving body
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moving
moving direction
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勝次 沖野
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば航空機の翼
面など移動体の境界層を制御して剥離を抑制しうる移動
体の境界層剥離抑制装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for controlling a boundary layer of a moving body, for example, a wing surface of an aircraft, to suppress separation of the moving body.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、移動体の境界層を制御して剥離を
抑制させるには、例えば航空機の翼に設けられた前縁フ
ラップ,後縁フラップ,あるいはスラットなどを機械的
に駆動させて境界層にエネルギーを与えることが行われ
ていた。これによれば、最大揚力係数が大きくなり、失
速抑え角が増大される。また、吹き出し口を翼の前縁や
後縁に設けて境界層にエネルギーを与えて剥離域を吹き
とばしたり、逆に翼上面に吸い込み用の小さい穴を設け
て、この穴からエネルギーの少なくなった境界層領域の
空気流を吸い込ませることが行われていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, in order to control the boundary layer of a moving body to suppress separation, for example, a leading edge flap, a trailing edge flap, a slat, or the like provided on an aircraft wing is mechanically driven. Energizing the layers was done. According to this, the maximum lift coefficient is increased, and the stall suppression angle is increased. In addition, the outlet is provided at the leading edge and trailing edge of the wing to apply energy to the boundary layer to blow off the separation area, and conversely, a small hole for suction is provided on the upper surface of the wing, and energy is reduced from this hole. The air flow in the boundary layer region was sucked.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように前縁フラップなどを機械的に駆動させる方法によ
れば装置の複雑さに加え、航空機の重量が増加するとい
う問題がある。その上、整備取り扱い点検に多大な労力
を必要とする。また、吹き出しや吸い込みを用いるもの
でも動力を使用するので装置が大型化して重量が大きく
なってしまう。
However, according to the method of mechanically driving the leading edge flap and the like as described above, there is a problem that the weight of the aircraft increases in addition to the complexity of the apparatus. In addition, maintenance and inspection require a great deal of labor. In addition, since power is used even in the case of using blow-out or suction, the apparatus becomes large and the weight increases.

【0004】そこで本発明の目的は、特に複雑な構造を
必要とすることなく、しかも軽量な移動体の境界層剥離
抑制装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an apparatus for suppressing boundary layer separation of a moving object which does not require a particularly complicated structure and is lightweight.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の移動体の境界層剥離抑制装置は、移動体
の表面内側に移動方向に沿って並設された、移動方向に
対して垂直な方向に分極処理され表面側を正極としその
逆側を負極とする印加電圧により移動方向に対して伸
び、逆に表面側を負極としその逆側を正極とする印加電
圧により移動方向に対して縮む第1圧電素子と、第1圧
電素子とは逆方向に分極処理され表面側を正極としその
逆側を負極とする印加電圧により移動方向に対して縮
み、逆に表面側を負極としその逆側を正極とする印加電
圧により移動方向に対して伸びる第2圧電素子からなる
複数の圧電素子群と,複数の圧電素子群のうち移動体の
後側から奇数番目の圧電素子群に交流電圧を供給する第
1電圧供給手段と,複数の圧電素子群のうち移動体の後
側から偶数番目の圧電素子群に第1電圧供給手段が供給
する交流電圧の位相より遅れた位相の交流電圧を供給す
る第2電圧供給手段と,移動体の表面内側の前端部に設
置され、表面に発生した波動エネルギーを吸収して電気
エネルギーに変換する吸振器と,および、吸振器に接続
され、電気エネルギーを消費する負荷回路と,を備える
ことを特徴とする(請求項1)。
In order to achieve the above object, a boundary layer separation suppressing device for a moving object according to the present invention is provided on the inside of the surface of the moving object along the moving direction. It is polarized in a direction perpendicular to the direction and extends in the moving direction by an applied voltage with the front side as the positive electrode and the opposite side as the negative electrode, and conversely, the moving direction by the applied voltage with the front side as the negative electrode and the opposite side as the positive electrode. A first piezoelectric element that shrinks with respect to the first piezoelectric element, and is shrunk in the moving direction by an applied voltage that is polarized in the opposite direction to the first piezoelectric element and has the front side as a positive electrode and the opposite side as a negative electrode, and conversely, the front side as a negative electrode And a plurality of piezoelectric element groups consisting of a second piezoelectric element extending in the moving direction by an applied voltage having the opposite side as a positive electrode, and an odd-numbered piezoelectric element group from the rear side of the moving body among the plurality of piezoelectric element groups. First voltage supply means for supplying an AC voltage; A second voltage supply means for supplying an even-numbered piezoelectric element group from the rear side of the moving body of the piezoelectric element group with an AC voltage having a phase delayed from that of the AC voltage supplied by the first voltage supply means; A vibration absorber that is installed at the front end inside the surface of the device and absorbs wave energy generated on the surface and converts the energy into electric energy; and a load circuit that is connected to the vibration absorber and consumes electric energy. Features (Claim 1).

【0006】また請求項1に記載の発明において移動体
の表面において、移動方向に直交して延びる溝を表面の
前側から後側に複数設けることを特徴とする(請求項
2)。
According to the first aspect of the present invention, a plurality of grooves extending perpendicular to the moving direction are provided on the surface of the moving body from the front side to the rear side of the surface (claim 2).

【0007】また本発明の移動体の境界層剥離抑制装置
は、移動体の表面内側の後端部に設置され、移動方向に
対して垂直な方向に分極処理され表面側を正極としその
逆側を負極とする印加電圧により移動方向に対して伸び
/縮み(伸び又は縮み)、逆に表面側を負極としその逆
側を正極とする印加電圧により移動方向に対して縮む/
伸びる(縮む又は伸びる)圧電素子と,圧電素子の移動
方向に対して伸縮する歪を移動方向に対して垂直な方向
に伸縮する歪にする歪変換手段と,圧電素子に交流電圧
を供給する電圧供給手段と,移動体の表面内側の前端部
に設置され、表面に発生した波動エネルギーを吸収して
電気エネルギーに変換する吸振器と,および、吸振器に
接続され、電気エネルギーを消費する負荷回路と,を備
えることを特徴とする(請求項3)。
The apparatus for suppressing boundary layer separation of a moving object according to the present invention is provided at a rear end inside the surface of the moving object, is polarized in a direction perpendicular to the moving direction, has a positive electrode on the surface side, and has an opposite side. Elongation / shrinkage (elongation or shrinkage) in the moving direction by an applied voltage having a negative electrode, and conversely, shrinking in the moving direction by an applied voltage having a surface side as a negative electrode and the opposite side as a positive electrode /
A piezoelectric element that expands (shrinks or expands), a distortion converter that converts distortion that expands and contracts in the direction of movement of the piezoelectric element into distortion that expands and contracts in a direction perpendicular to the direction of movement, and a voltage that supplies an AC voltage to the piezoelectric element Supply means, a vibration absorber installed at the front end inside the surface of the moving body and absorbing the wave energy generated on the surface and converting the energy into electric energy, and a load circuit connected to the vibration absorber and consuming the electric energy (Claim 3).

【0008】また請求項3に記載の発明において、圧電
素子と移動体の表面との間に介挿され、圧電素子の伸縮
を拡大して移動体の表面に伝える振動拡大装置と,吸振
器と移動体の表面との間に介挿され、移動体の表面に発
生した振動を縮小して吸振器に伝える振動縮小装置と,
を更に備えることを特徴とする(請求項4)。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a vibration expansion device interposed between a piezoelectric element and a surface of a moving body for expanding and contracting the piezoelectric element and transmitting the expansion and contraction to the surface of the moving body. A vibration reduction device interposed between the surface of the moving body and the vibration generated on the surface of the moving body to be reduced and transmitted to the vibration absorber;
(Claim 4).

【0009】請求項1に記載の発明によれば、第1圧電
素子とそれとは逆に分極処理された第2圧電素子からな
る複数の圧電素子群のうち移動体の後側から奇数番目の
圧電素子群には第1電圧供給手段から交流電圧が供給さ
れ、かつ移動体の後側から偶数番目の圧電素子群には第
2電圧供給手段から第1電圧供給手段が供給する交流電
圧の位相より遅れた位相の交流電圧が供給されるので、
表面が第1圧電素子の伸/縮および第2圧電素子の縮/
伸にともない屈曲振動し、この振動は移動体の前側に進
むが、前側の端部からの反射波による方向性のない定在
波が発生する。ここで、移動体の表面内側の前端部には
吸振器が設置されているので、反射波の波動エネルギー
は電気エネルギーに変換され負荷回路で消費される。よ
って、結果的には移動体の前側に進む進行波が発生す
る。この進行波の発生にともない、表面には移動体の前
側から後側に向けて、楕円運動が発生するので、その楕
円運動の力により表面の接触域の流体分子は後側に引き
ずられ、高速に流体化する。これにより境界層の剥離を
抑制することができる。
According to the first aspect of the present invention, an odd-numbered piezoelectric element group from the rear side of the moving body among a plurality of piezoelectric element groups composed of the first piezoelectric element and the second piezoelectric element which has been subjected to the polarization processing in the opposite direction. An AC voltage is supplied from the first voltage supply means to the element group, and an even-numbered piezoelectric element group from the rear side of the moving body is supplied with an AC voltage supplied from the second voltage supply means by the first voltage supply means. Since an AC voltage with a delayed phase is supplied,
The surface has the expansion / contraction of the first piezoelectric element and the contraction /
A bending vibration occurs with the extension, and this vibration proceeds to the front side of the moving body, but a standing wave having no directivity is generated by a reflected wave from the front end. Here, since the vibration absorber is installed at the front end inside the surface of the moving body, the wave energy of the reflected wave is converted into electric energy and consumed in the load circuit. Therefore, as a result, a traveling wave traveling toward the front side of the moving body is generated. With the generation of this traveling wave, elliptical motion occurs on the surface from the front side to the rear side of the moving object, and the fluid molecules in the contact area of the surface are dragged to the rear side by the force of the elliptical motion, and the high speed Fluidized to Thereby, separation of the boundary layer can be suppressed.

【0010】また請求項2に記載の発明によれば、移動
体の表面において、移動方向に直交して延びる溝を表面
の前側から後側に複数設けるので、圧電素子群の伸縮に
よる表面の屈曲振動の振幅が大きくなる。よって、楕円
運動の力が大きくなるので一層剥離を抑制しうる。
According to the second aspect of the present invention, a plurality of grooves extending perpendicular to the moving direction are provided on the surface of the moving body from the front side to the rear side of the surface, so that the surface is bent due to expansion and contraction of the piezoelectric element group. The amplitude of the vibration increases. Therefore, the force of the elliptical motion is increased, so that the separation can be further suppressed.

【0011】また請求項3に記載の発明によれば、電圧
供給手段から交流電圧を圧電素子に供給すると歪変換手
段のはたらきにより圧電素子は移動方向に垂直な方向に
伸/縮するように変換されるので、表面に屈曲振動が発
生し、前側の端部からの反射波による定在波が発生する
が、反射波は請求項1の記載の発明と同様に吸振器およ
び負荷回路で吸収されそのエネルギーは消費させられる
ので、前側に進む進行波が発生する。これにともない表
面には移動体の前側から後側に向けて楕円運動が発生す
るので、その楕円運動の力により表面の接触域の流体分
子は後側に引きずられ、高速に流体化する。これにより
境界層の剥離を抑制することができる。
According to the third aspect of the present invention, when an AC voltage is supplied to the piezoelectric element from the voltage supply means, the piezoelectric element is converted to expand / contract in a direction perpendicular to the moving direction by the function of the distortion converting means. As a result, bending vibration is generated on the surface, and a standing wave is generated by the reflected wave from the front end, but the reflected wave is absorbed by the vibration absorber and the load circuit in the same manner as in the first aspect of the present invention. Since that energy is consumed, a traveling wave is generated which travels forward. Accordingly, an elliptical motion is generated from the front side to the rear side of the moving body on the surface, and the fluid molecules in the contact area of the surface are dragged to the rear side by the force of the elliptical motion, and are fluidized at high speed. Thereby, separation of the boundary layer can be suppressed.

【0012】また請求項4に記載の発明によれば、振動
拡大装置を圧電素子と移動体の表面との間に介挿するの
で、圧電素子の伸縮が小さいものであってもよい。ま
た、振動縮小装置を吸振器と移動体の表面との間に介挿
するので、吸振器およびそれに接続される負荷回路は容
量の小さいものでもよい。
According to the fourth aspect of the present invention, since the vibration expansion device is interposed between the piezoelectric element and the surface of the moving body, the expansion and contraction of the piezoelectric element may be small. Further, since the vibration reduction device is interposed between the vibration absorber and the surface of the moving body, the vibration absorber and the load circuit connected thereto may have a small capacity.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。 (第1の実施形態)図1は、本発明の第1の実施形態に
係る移動体の境界層剥離抑制装置の構成概要を示す側面
図である。なお、移動体として航空機に適用した例を示
す。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a side view showing an outline of a configuration of a boundary layer separation suppressing device for a moving body according to a first embodiment of the present invention. An example in which the present invention is applied to an aircraft as a moving object will be described.

【0014】この移動体の境界層剥離抑制装置は、航空
機の翼面10の内側に航空機の移動方向に沿って並設さ
れた第1圧電素子1aと第2圧電素子1bからなる複数
の圧電素子群1と,複数の圧電素子群1のうち航空機の
後側(図1の左側)から奇数(1,3,5,・・・)番
目の圧電素子群に交流電圧を供給する第1電圧供給手段
として機能する電源2と,複数の圧電素子群のうち残
り、すなわち航空機の後側から偶数(2,4,・・・)
番目の圧電素子群に交流電圧を供給する第2電圧供給手
段として機能する電源3と,翼面10の内側の前端部に
設置された吸振器4と,吸振器4に接続された負荷回路
5とから構成されている。なお、圧電素子群1の下部に
は電極プレート6が取り付けられている。
This apparatus for suppressing a boundary layer separation of a moving body includes a plurality of piezoelectric elements including a first piezoelectric element 1a and a second piezoelectric element 1b which are arranged inside a wing surface 10 of an aircraft along a moving direction of the aircraft. A first voltage supply for supplying an alternating voltage to the group 1 and the odd-numbered (1, 3, 5,...) Piezoelectric element groups from the rear side (left side in FIG. 1) of the plurality of piezoelectric element groups 1 A power source 2 functioning as a means, and the rest of the plurality of piezoelectric element groups, that is, an even number (2, 4,...) From the rear side of the aircraft
A power supply 3 functioning as a second voltage supply means for supplying an AC voltage to the third piezoelectric element group, a vibration absorber 4 installed at the front end inside the blade surface 10, and a load circuit 5 connected to the vibration absorber 4 It is composed of Note that an electrode plate 6 is mounted below the piezoelectric element group 1.

【0015】第1圧電素子1aは、移動方向に対して垂
直な方向(図1の上下方向)に翼面10に近づく側を正
極にそして翼面10から遠ざかる側を負極として分極処
理されたものであり、翼面10側を正極としその逆側と
なる電極プレート6側を負極とする電圧を印加すること
により移動方向に対して伸び、逆に翼面10側を負極と
し電極プレート側を正極とする電圧を印加することによ
り移動方向に対して縮むようになっている。逆に、第2
圧電素子1bは、第1圧電素子1aとは逆方向に、すな
わち翼面10に近づく側を負極にそして翼面10から遠
ざかる側を正極として分極処理されたものであり、翼面
10側を正極としその逆側となる電極プレート6側を負
極とする電圧を印加することにより移動方向に対して縮
み、逆に翼面10側を負極とし電極プレート側を正極と
する電圧を印加することにより移動方向に対して伸びる
ようになっている。
The first piezoelectric element 1a is polarized in a direction perpendicular to the moving direction (vertical direction in FIG. 1) with the side closer to the blade surface 10 as the positive electrode and the side farther from the blade surface 10 as the negative electrode. By applying a voltage with the wing surface 10 side as a positive electrode and the electrode plate 6 side opposite to the negative electrode as a negative electrode, it extends in the moving direction, and conversely, the wing surface 10 side as a negative electrode and the electrode plate side as a positive electrode By applying a voltage as described in the following, it shrinks in the moving direction. Conversely, the second
The piezoelectric element 1b is polarized in a direction opposite to that of the first piezoelectric element 1a, that is, with the side approaching the wing surface 10 as the negative electrode and the side away from the wing surface 10 as the positive electrode. Then, by applying a voltage with the negative electrode plate 6 on the opposite side to the moving direction, it shrinks in the moving direction, and conversely, moving by applying a voltage with the wing surface 10 as the negative electrode and the electrode plate side as the positive electrode. It extends in the direction.

【0016】電源2が供給する交流電圧は正弦波(Si
nωt)であり、一方電源3が供給する交流電圧は余弦
波(Cosωt)であり、位相が遅れている。
The AC voltage supplied by the power supply 2 is a sine wave (Si
nωt), while the AC voltage supplied by the power supply 3 is a cosine wave (Cosωt), and the phase is delayed.

【0017】吸振器4は、ランジュバン型振動子を発電
器として使用したものである。すなわち圧電素子4aを
金属板4bで挾んだものであり翼面10に発生する波動
エネルギーを吸収して電気エネルギーに変換して、そし
て吸振器4に接続された負荷回路5によって吸振器4で
変換された電気エネルギーを消費するようになってい
る。
The vibration absorber 4 uses a Langevin type vibrator as a power generator. That is, the piezoelectric element 4a is sandwiched between metal plates 4b, which absorbs the wave energy generated on the wing surface 10 and converts it into electric energy, and the load circuit 5 connected to the vibration absorber 4 controls the vibration energy. It is designed to consume the converted electrical energy.

【0018】以上のように構成された移動体の境界層剥
離抑制装置において、電源2および電源3からそれぞれ
交流電圧が圧電素子群1に供給されると、翼面10は、
図2に示すように変形して進行波を前側に発生する。こ
れを図3を用いて説明する。
In the apparatus for suppressing boundary layer separation of a moving body having the above-described structure, when an AC voltage is supplied from the power supply 2 and the power supply 3 to the piezoelectric element group 1, the blade surface 10
As shown in FIG. 2, a traveling wave is generated on the front side by deformation. This will be described with reference to FIG.

【0019】例えば、図3(a)に示すような翼面10
の後側から第1番目の圧電素子群1に電源2から正弦波
の交流電圧を印加すると、図3(b)に示すように翼面
10側が正極,電極プレート6側が負極の場合には第1
圧電素子1aが移動方向に伸び、かつ第2圧電素子1b
が移動方向に縮み、また図3(c)に示すように極性が
変わり翼面10側が負極,電極プレート6側が正極の場
合には第1圧電素子1aが移動方向に縮み、かつ第2圧
電素子1bが移動方向に伸む。これを交互に繰り返すの
で、第1番目の圧電素子群1の上部の翼面10には屈曲
振動が生じ、方向性のない定在波が発生する。
For example, as shown in FIG.
When a sine wave AC voltage is applied from the power supply 2 to the first piezoelectric element group 1 from the rear side, as shown in FIG. 3B, when the wing surface 10 side is a positive electrode and the electrode plate 6 side is a negative electrode, 1
The piezoelectric element 1a extends in the moving direction, and the second piezoelectric element 1b
3A, the first piezoelectric element 1a shrinks in the moving direction and the second piezoelectric element when the polarity changes and the wing surface 10 side is a negative electrode and the electrode plate 6 side is a positive electrode as shown in FIG. 1b extends in the moving direction. Since this is repeated alternately, bending vibration occurs on the upper blade surface 10 of the first piezoelectric element group 1, and a standing wave having no direction is generated.

【0020】再度、図2を参照する。第2番目の圧電素
子群1には電源3から余弦波の交流電圧が印加されてい
るので同様に第2番目の圧電素子群1の上部の翼面10
には屈曲振動が生じ、方向性のない定在波が発生する
が、電源3から供給される交流電圧は電源2から供給さ
れる交流電圧に比べて位相が90度遅れているので第1
番目の圧電素子群1側から第2番目の圧電素子群1へ進
む屈曲振動が発生する。そして、電源2は上述したよう
に奇数番目の圧電素子群1に正弦波の交流電圧を印加
し、電源3は偶数番目の圧電素子群1に余弦波の交流電
圧を印加するので結果的に航空機の翼面10の後側から
前側に進む屈曲振動が発生するようになる。ここで、翼
面10の内側の前端部には吸振器4が設置されているの
で、前端部からの反射波成分が吸収され、波動エネルギ
ーは電気エルルギーに変換されて負荷回路5にて消費さ
れる。これにより、航空機の翼面10の後側から前側に
進む進行波が発生する。なお、電源2と電源3による印
加位相を逆にして吸振器4の位置を後側に設置すれば進
行波の方向は逆になる。
Referring back to FIG. Since a cosine wave AC voltage is applied from the power supply 3 to the second piezoelectric element group 1, the upper wing surface 10 of the second piezoelectric element group 1
Generates a bending vibration and generates a standing wave having no direction. However, since the AC voltage supplied from the power supply 3 is delayed by 90 degrees from the phase of the AC voltage supplied from the power supply 2, the first
A bending vibration that proceeds from the second piezoelectric element group 1 side to the second piezoelectric element group 1 occurs. As described above, the power supply 2 applies a sine-wave AC voltage to the odd-numbered piezoelectric element groups 1 and the power supply 3 applies a cosine-wave AC voltage to the even-numbered piezoelectric element groups 1. Of the blade surface 10 from the rear side to the front side is generated. Here, since the vibration absorber 4 is installed at the front end inside the wing surface 10, the reflected wave component from the front end is absorbed, and the wave energy is converted into electric energy and consumed by the load circuit 5. You. As a result, a traveling wave traveling from the rear side to the front side of the wing surface 10 of the aircraft is generated. In addition, if the position of the vibration absorber 4 is installed on the rear side with the applied phases of the power supply 2 and the power supply 3 reversed, the traveling wave direction is reversed.

【0021】このように進行波が発生すると、横波7a
の成分と縦波7bの成分の合成により翼面10には図2
において反時計方向の楕円運動の力7がはたらく。この
楕円運動の力7は、接触域8では航空機の翼面10に屈
曲振動に伴ってはたらくので、接触域8の流体分子には
エネルギーが与えられ流体分子は後側に向けて引きずら
れて高速に流体化させられる。よって、図4に示すよう
に境界層剥離の発生しやすい範囲9の全面あるいは分割
した面に形成すれば、境界層の剥離が抑制させられる。
また翼面10に付着した雨水,雪,アイシングなども楕
円運動の力7によって同時に除去される。
When the traveling wave is generated in this way, the transverse wave 7a
2 is combined with the component of the longitudinal wave 7b on the wing surface 10 as shown in FIG.
, The force 7 of the counterclockwise elliptical movement works. Since the force 7 of the elliptical motion acts on the wing surface 10 of the aircraft in the contact area 8 with the bending vibration, energy is given to the fluid molecules in the contact area 8, and the fluid molecules are dragged toward the rear side to be moved at high speed. Fluidized. Therefore, as shown in FIG. 4, if the boundary layer is formed on the entire surface 9 or on a divided surface in which the boundary layer peeling is likely to occur, the peeling of the boundary layer can be suppressed.
Also, rainwater, snow, icing, etc. attached to the wing surface 10 are simultaneously removed by the elliptical motion force 7.

【0022】なお、図5(a)に示すように翼面10に
移動方向に直交して延びる溝11を翼面10の前側から
後側にかけて複数設けることにより、図5(b)のよう
に翼面10の振幅が拡大するので楕円運動の力7が大き
くなり、これにともない接触域8の流体分子に与えられ
るエネルギーも増大する。よって、剥離抑制効果および
雨水などの除去効果が一段と向上する。
As shown in FIG. 5A, by providing a plurality of grooves 11 extending perpendicularly to the moving direction from the front side to the rear side of the wing surface 10 as shown in FIG. Since the amplitude of the wing surface 10 increases, the force 7 of the elliptical motion increases, and accordingly, the energy given to the fluid molecules in the contact area 8 also increases. Therefore, the effect of suppressing peeling and the effect of removing rainwater and the like are further improved.

【0023】(第2の実施形態)図6は、本発明の第2
の実施形態に係る移動体の境界層剥離抑制装置の構成概
要を示す側面図である。なお、第1の実施形態と同様に
航空機の翼面10に適用した例を示す。
(Second Embodiment) FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention.
It is a side view which shows the structure outline of the boundary layer separation suppression apparatus of the moving body which concerns on embodiment. An example in which the present invention is applied to the wing surface 10 of an aircraft is shown as in the first embodiment.

【0024】この移動体の境界層剥離抑制装置は、航空
機の翼面10の内側の後端部に設置された圧電素子12
と,圧電素子12の周りを覆い移動方向に対して垂直な
方向に延びる歪変換手段としてはたらく円筒管18と,
圧電素子12に交流電圧を供給する電圧供給手段として
機能する電源13と,翼面10の内側の前端部に設置さ
れ、翼面10に発生した波動エネルギーを吸収して電気
エネルギーに変換する吸振器14,吸振器14に接続さ
れ、変換された電気エネルギーを消費する負荷回路1
5,とからなり、更に圧電素子12と翼面10との間に
は圧電素子12の伸縮を拡大して翼面10に伝える振動
拡大装置であるホーン16が介挿され、また吸振器14
と翼面10との間には翼面10に発生した振動を縮小し
て吸振器14に伝える振動縮小装置であるホーン17が
介挿されている。
The apparatus for suppressing boundary layer separation of a moving body includes a piezoelectric element 12 installed at a rear end inside a wing surface 10 of an aircraft.
And a cylindrical tube 18 covering the piezoelectric element 12 and acting as a strain converting means extending in a direction perpendicular to the moving direction;
A power supply 13 functioning as a voltage supply means for supplying an AC voltage to the piezoelectric element 12; and a vibration absorber installed at the front end inside the blade surface 10 for absorbing wave energy generated on the blade surface 10 and converting the energy into electric energy. 14. Load circuit 1 connected to vibration absorber 14 and consuming converted electric energy
Further, a horn 16 is inserted between the piezoelectric element 12 and the blade surface 10 as a vibration expansion device for expanding and contracting the expansion and contraction of the piezoelectric element 12 and transmitting the expanded and contracted vibration to the blade surface 10.
A horn 17, which is a vibration reducing device for reducing vibration generated on the wing surface 10 and transmitting the vibration to the vibration absorber 14, is interposed between the horn 17 and the wing surface 10.

【0025】圧電素子12は、移動方向に対して垂直な
方向にホーン16側(表面側)を正極としその逆側を負
極として分極処理されたものであり、ホーン16側(表
面側)を正極としその逆側を負極とする電圧を印加する
ことにより移動方向に対して伸び、逆にホーン16側
(表面側)を負極としその逆側を正極とする電圧を印加
することにより移動方向に対して縮むようになってい
る。なお、移動方向に対して垂直な方向にホーン16側
(表面側)を負極としその逆側を正極として分極処理
し、ホーン16側(表面側)を正極としその逆側を負極
とする電圧を印加することにより移動方向に対して縮
み、逆にホーン16側(表面側)を負極としその逆側を
正極とする電圧を印加することにより移動方向に対して
伸びるようにしてもよい。
The piezoelectric element 12 is polarized in a direction perpendicular to the moving direction with the horn 16 side (surface side) as a positive electrode and the opposite side as a negative electrode. It extends in the moving direction by applying a voltage having the opposite side as a negative electrode, and conversely, applying a voltage having the horn 16 side (surface side) as a negative electrode and the opposite side as a positive electrode. To shrink. The horn 16 (front side) is polarized in a direction perpendicular to the moving direction with the horn 16 side (front side) as the negative electrode, and a voltage is applied with the horn 16 side (front side) as the positive electrode and the opposite side as the negative electrode. The voltage may be contracted in the moving direction by applying the voltage, and may be extended in the moving direction by applying a voltage having the horn 16 side (surface side) as a negative electrode and the opposite side as a positive electrode.

【0026】また円筒管18は圧電素子12の移動方向
の伸縮を拘束するものであり、これにより圧電素子12
の移動方向に対して伸縮する歪は移動方向に対して垂直
な方向に伸縮する歪に変換させられる。この圧電素子1
2と円筒管18とによってランジュバン型振動子が構成
されている。なお、吸振器14も圧電素子とそれを周り
から覆う円筒管19とから構成されるランジュバン型振
動子であり、これを発電器として使用したものである。
The cylindrical tube 18 restricts expansion and contraction of the piezoelectric element 12 in the moving direction.
The distortion that expands and contracts in the moving direction is converted into a distortion that expands and contracts in a direction perpendicular to the moving direction. This piezoelectric element 1
A Langevin-type vibrator is constituted by 2 and the cylindrical tube 18. The vibration absorber 14 is also a Langevin type vibrator composed of a piezoelectric element and a cylindrical tube 19 covering the piezoelectric element from the surroundings, and is used as a power generator.

【0027】これによれば、電源13から交流電圧が圧
電素子12に供給されると円筒管18のはたらきにより
圧電素子12は垂直方向に伸縮し、その振動はホーン1
6で有効に拡大されて翼面10に伝わる。このとき、翼
面10の前端部にはホーン17を介して吸振器14が設
置され反射波は有効に縮小され負荷回路15で消費され
るようになっているので、後側から前側に伝わる進行波
が発生する。この進行波の発生にともない第1の実施形
態で示したと同様に楕円運動の力がはたらくので境界層
の剥離を抑制でき、しかも雨水などの除去も可能とな
る。
According to this, when an AC voltage is supplied from the power source 13 to the piezoelectric element 12, the piezoelectric element 12 expands and contracts in the vertical direction due to the operation of the cylindrical tube 18, and the vibration of the horn 1
At 6, it is effectively enlarged and transmitted to the wing surface 10. At this time, the vibration absorber 14 is installed at the front end of the wing surface 10 via the horn 17 and the reflected wave is effectively reduced and consumed by the load circuit 15, so that the traveling wave transmitted from the rear side to the front side is transmitted. Waves are generated. As in the first embodiment, the force of the elliptical motion acts upon the generation of the traveling wave, so that separation of the boundary layer can be suppressed and rainwater can be removed.

【0028】なお本発明の実施形態によれば、翼面10
に移動体の境界層剥離抑制装置を設置する例を示した
が、剥離の発生するところであれば胴体,水平尾翼,あ
るいは垂直尾翼などでもよい。また、航空機に限らず車
両や船舶などの移動体にも適用できる。更に本実施形態
によれば、進行波を後側から前側に発生させて逆方向、
すなわち前側から後側に楕円運動により力7をはたらか
せるようにしたが、これに限らず力7を前側,左側ある
いは右側にはたらかせ、または複数の方向を組み合わせ
ることで操縦を制御することもできる。
According to the embodiment of the present invention, the wing surface 10
An example is shown in which a device for suppressing boundary layer separation of a moving body is installed, but a body, a horizontal tail, a vertical tail, or the like may be used as long as separation occurs. Further, the present invention can be applied not only to aircraft but also to moving objects such as vehicles and ships. Furthermore, according to the present embodiment, the traveling wave is generated from the rear side to the front side,
That is, the force 7 is applied from the front side to the rear side by the elliptical motion. However, the present invention is not limited to this, and the steering can be controlled by applying the force 7 to the front side, left side or right side, or combining a plurality of directions.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上のとおり請求項1に記載の発明によ
れば、進行波の発生にともなう楕円運動の力により表面
の接触域の流体分子は後側に引きずられ、高速に流体化
されるので、境界層の剥離の生じやすい範囲の全面ある
いは分割した面に設置することにより剥離を特に複雑な
構造を必要とすることなく抑制することができる。重量
の点においても従来例と比較して軽量化が図れる。ま
た、流体分子の高速流体化によって表面に付着した雨
水,雪,アイシングなども除去される。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the fluid molecules in the contact area on the surface are dragged backward by the force of the elliptical motion accompanying the generation of the traveling wave, and are fluidized at high speed. Therefore, the separation can be suppressed without requiring a particularly complicated structure by installing the boundary layer on the entire surface or in a divided surface where the separation is likely to occur. In terms of weight, the weight can be reduced as compared with the conventional example. In addition, rainwater, snow, icing, and the like attached to the surface due to the high-speed fluidization of the fluid molecules are also removed.

【0030】また請求項2に記載の発明によれば、移動
体の表面に設けられた複数の溝によって圧電素子群の伸
縮による表面の屈曲振動の振幅が大きくなるので、楕円
運動の力が大きくなり剥離抑制効果および雨水などの除
去効果は一段と向上する。
According to the second aspect of the present invention, since the plurality of grooves provided on the surface of the moving body increase the amplitude of the bending vibration of the surface due to the expansion and contraction of the piezoelectric element group, the force of the elliptical motion increases. The effect of suppressing peeling and removing rainwater and the like is further improved.

【0031】また請求項3に記載の発明によれば、圧電
素子を移動方向に垂直な方向に伸/縮させ、表面を振動
させ、進行波および楕円運動を発生させるので、請求項
1の発明の効果に加えて、圧電素子の数を大幅に減らす
ことができる。
According to the third aspect of the present invention, the piezoelectric element is expanded / contracted in a direction perpendicular to the moving direction, the surface is vibrated, and a traveling wave and an elliptical motion are generated. In addition to the effect described above, the number of piezoelectric elements can be significantly reduced.

【0032】また請求項4に記載の発明によれば、振動
拡大装置を圧電素子と移動体の表面との間に介挿するの
で、圧電素子の伸縮が小さいものであってもよく、ま
た、振動縮小装置を吸振器と移動体の表面との間に介挿
するので、吸振器およびそれに接続される負荷回路は容
量の小さいものでもよいので装置の小型化および軽量化
が一層図れる。
According to the fourth aspect of the present invention, since the vibration expansion device is interposed between the piezoelectric element and the surface of the moving body, the expansion and contraction of the piezoelectric element may be small. Since the vibration reduction device is interposed between the vibration absorber and the surface of the moving body, the vibration absorber and the load circuit connected thereto may have a small capacity, so that the device can be further reduced in size and weight.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態に係る移動体の境界層
剥離抑制装置の構成概要を示す側面図である。
FIG. 1 is a side view showing an outline of a configuration of a boundary layer separation suppressing device for a moving object according to a first embodiment of the present invention.

【図2】圧電素子群1に交流電圧を印加した場合におけ
る、図1の一部分の拡大斜視図である。
FIG. 2 is an enlarged perspective view of a part of FIG. 1 when an AC voltage is applied to the piezoelectric element group 1.

【図3】圧電素子群1および翼面10の変形を示す部分
拡大側面図であり、(a)は電圧が印加されていない場
合,(b)は翼面10に正極,電極プレート6に負極の
電圧が印加された場合,(c)は翼面10に負極,電極
プレート6に正極の電圧が印加された場合をそれぞれ示
す。
3A and 3B are partially enlarged side views showing deformation of a piezoelectric element group 1 and a wing surface 10, wherein FIG. 3A shows a case where no voltage is applied, FIG. 3B shows a positive electrode on the wing surface 10, and a negative electrode on the electrode plate 6. (C) shows a case where a negative electrode voltage is applied to the wing surface 10 and a positive electrode voltage is applied to the electrode plate 6, respectively.

【図4】本発明の実施形態が適用される航空機の翼面1
0を示す平面図である。
FIG. 4 is a wing surface 1 of an aircraft to which an embodiment of the present invention is applied;
FIG.

【図5】複数の溝11が形成された翼面10の変形を示
す部分拡大側面図であり、(a)は電圧が印加されてい
ない場合,(b)は翼面10に正極,電極プレート6に
負極の電圧が印加された場合をそれぞれ示す。
FIGS. 5A and 5B are partially enlarged side views showing deformation of a wing surface 10 on which a plurality of grooves 11 are formed, where FIG. 5A is a case where no voltage is applied, and FIG. 6 shows the case where the voltage of the negative electrode is applied.

【図6】本発明の第2の実施形態に係る移動体の境界層
剥離抑制装置の構成概要を示す側面図である。
FIG. 6 is a side view showing an outline of a configuration of a boundary layer separation suppressing device for a moving object according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧電素子群 1a 第1圧電素子 1b 第2圧電素子 2,3 電源 4 吸振器 5 負荷回路 6 電極プレート 7 楕円運動の力 7a 横波 7b 縦波 8 接触域 9 範囲 10 翼面 11 溝 12 圧電素子 13 電源 14 吸振器 15 負荷回路 16,17 ホーン 18,19 円筒管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric element group 1a 1st piezoelectric element 1b 2nd piezoelectric element 2, 3 Power supply 4 Vibration absorber 5 Load circuit 6 Electrode plate 7 Force of elliptical movement 7a Transverse wave 7b Longitudinal wave 8 Contact area 9 Range 10 Blade surface 11 Groove 12 Piezoelectric element 13 Power supply 14 Vibration absorber 15 Load circuit 16, 17 Horn 18, 19 Cylindrical tube

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】移動体の表面内側に移動方向に沿って並設
された、移動方向に対して垂直な方向に分極処理され表
面側を正極としその逆側を負極とする印加電圧により移
動方向に対して伸び、逆に表面側を負極としその逆側を
正極とする印加電圧により移動方向に対して縮む第1圧
電素子と、前記第1圧電素子とは逆方向に分極処理され
表面側を正極としその逆側を負極とする前記印加電圧に
より移動方向に対して縮み、逆に表面側を負極としその
逆側を正極とする前記印加電圧により移動方向に対して
伸びる第2圧電素子からなる複数の圧電素子群と,該複
数の圧電素子群のうち移動体の後側から奇数番目の圧電
素子群に交流電圧を供給する第1電圧供給手段と,該複
数の圧電素子群のうち移動体の後側から偶数番目の圧電
素子群に前記第1電圧供給手段が供給する交流電圧の位
相より遅れた位相の交流電圧を供給する第2電圧供給手
段と,前記移動体の表面内側の前端部に設置され、表面
に発生した波動エネルギーを吸収して電気エネルギーに
変換する吸振器と,および、 吸振器に接続され、前記電気エネルギーを消費する負荷
回路と,を備えることを特徴とする移動体の境界層剥離
抑制装置。
1. A moving direction which is polarized in a direction perpendicular to the moving direction and arranged in parallel with the moving direction inside the surface of the moving body, and the moving direction is controlled by an applied voltage having a positive electrode on the surface side and a negative electrode on the opposite side. And a first piezoelectric element that contracts in the direction of movement by an applied voltage having a negative electrode on the front side and a positive electrode on the opposite side, and a first piezoelectric element polarized in the opposite direction to the first piezoelectric element and A second piezoelectric element which contracts in the moving direction by the applied voltage having a positive electrode and the opposite side as a negative electrode, and conversely extends in the moving direction by the applied voltage having a surface side as a negative electrode and the opposite side as a positive electrode. A plurality of piezoelectric element groups, first voltage supply means for supplying an AC voltage to odd-numbered piezoelectric element groups from the rear side of the moving body in the plurality of piezoelectric element groups, and a moving body in the plurality of piezoelectric element groups. To the even-numbered piezoelectric element group from the rear side. A second voltage supply means for supplying an AC voltage having a phase delayed from the phase of the AC voltage supplied by the pressure supply means, and a second voltage supply means provided at a front end inside the surface of the moving body for absorbing wave energy generated on the surface. An apparatus for suppressing boundary layer separation of a moving body, comprising: a vibration absorber that converts electric energy; and a load circuit that is connected to the vibration absorber and consumes the electric energy.
【請求項2】前記移動体の表面において、移動方向に直
交して延びる溝を該表面の前側から後側に複数設けるこ
とを特徴とする請求項1に記載の移動体の境界層剥離抑
制装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein a plurality of grooves extending in a direction perpendicular to the moving direction are provided on a surface of the moving body from a front side to a rear side of the surface. .
【請求項3】移動体の表面内側の後端部に設置され、移
動方向に対して垂直な方向に分極処理され表面側を正極
としその逆側を負極とする印加電圧により移動方向に対
して伸び/縮み、逆に表面側を負極としその逆側を正極
とする印加電圧により移動方向に対して縮む/伸びる圧
電素子と,前記圧電素子の移動方向に対して伸縮する歪
を移動方向に対して垂直な方向に伸縮する歪にする歪変
換手段と,前記圧電素子に交流電圧を供給する電圧供給
手段と,前記移動体の表面内側の前端部に設置され、表
面に発生した波動エネルギーを吸収して電気エネルギー
に変換する吸振器と,および、 吸振器に接続され、前記電気エネルギーを消費する負荷
回路と,を備えることを特徴とする移動体の境界層剥離
抑制装置。
3. A moving body, which is disposed at a rear end inside the surface of the moving body and polarized in a direction perpendicular to the moving direction, and is applied to the moving direction by an applied voltage having a positive electrode on the surface side and a negative electrode on the opposite side. A piezoelectric element that expands / shrinks and conversely expands / contracts in the moving direction by an applied voltage with the surface side as a negative electrode and the opposite side as a positive electrode, and a strain that expands and contracts in the moving direction of the piezoelectric element in the moving direction. And a voltage supply means for supplying an AC voltage to the piezoelectric element, and a wave energy generated on the surface of the moving body is provided at a front end of the moving body. An apparatus for suppressing boundary layer separation of a moving object, comprising: a vibration absorber that converts the electric energy into electric energy; and a load circuit that is connected to the vibration absorber and consumes the electric energy.
【請求項4】前記圧電素子と移動体の表面との間に介挿
され、圧電素子の伸縮を拡大して移動体の表面に伝える
振動拡大装置と,前記吸振器と移動体の表面との間に介
挿され、移動体の表面に発生した振動を縮小して吸振器
に伝える振動縮小装置と,を更に備えることを特徴とす
る請求項3に記載の移動体の境界層剥離抑制装置。
4. A vibration expansion device interposed between the piezoelectric element and the surface of the moving body, for expanding and contracting the expansion and contraction of the piezoelectric element and transmitting the vibration to the surface of the moving body. The apparatus according to claim 3, further comprising: a vibration reduction device interposed therebetween and reducing vibration generated on the surface of the moving body and transmitting the vibration to the vibration absorber.
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