JP3165679U

JP3165679U - 流体に対する抵抗体

Info

Publication number: JP3165679U
Application number: JP2010007590U
Authority: JP
Inventors: 瑞麟林
Original assignee: 瑞麟林
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2011-01-27
Anticipated expiration: 2020-11-18

Abstract

【課題】流体に対する抵抗体を提供する。【解決手段】流体に対する抵抗体部は、物体１０の外表面２０の一部または全面に簿層２１を形成し、この簿層２１に複数の空洞３１を設ける。流体４０が複数の空洞３１を通過し、簿層２１の外表面の空洞３１に複数の渦３３を発生させ、複数の渦３３は簿層２１の外表面２０に乱流境界層３０を生成する。乱流境界層３０は、外表面２０上の流体４０が生じた乱気流を確実に妨害し、流体４０と外表面２０との接触を部分的に遮断し、外表面２０に対する流体４０の粘性抵抗を低減させ、流体４０を進行中の外表面２０に沿って迅速に通過させる。これにより、物体１０の進行抗力を低減することができる。【選択図】図５

Description

本考案は、流体に対する抵抗体に関する。

高速列車、船舶および飛行機などの物体は、進行速度が非常に速い。従来の観念では、これらの物体の外表面がなめらかであるほど、流体に対する抗力が小さくなる。

（定義）
「流体」、以下に挙げられた流体は、空気および水を含む。
「進行」、以下に挙げられた進行は、直線運動、円運動および直線および円運動を含む。
「物体」、以下に挙げられた物体は、陸海空の乗り物（付属の装着器具、装着物、機具、部品などを含む）および投射物を含む。乗り物は、飛行体、船舶および列車を含む。飛行体は、ロケット、飛行機のボディー、翼、水平翼、垂直翼、無人飛行体のＵＡＶボディー、翼、水平翼、垂直翼、ヘリコプターのボディーおよび尾翼、飛行体上の装着器具、装着物、機具、部品を含む。部品は、ジェットエンジン、ジェットエンジンの圧縮器固定子、ジェットエンジンのインペラー固定子、ジェットエンジンのバイパス、ノズル、ノズルの逆円錐体、送気口、送気口の逆円錐体を含む。船舶は、喫水線上方の船体、船橋、喫水線下方の船体を含む。投射物は、弾丸、砲弾、ミサイルおよび爆弾を含む。

しかしながら、実際には、図１および図２に示すように、流体４０が物体５０の平滑な外表面上のＡ点を通過する際、外表面の粘性力は流体の進行に干渉し、流場境界層を発生させるため、流体４０の質点は影響を受け、後に下がる。流体４０の質点を後退させる抗力は逆圧力であり、即ち流体の抗力と言う。流体４０の質点は、Ｂ点に至る際、境界層の分離現象を発生させ、Ｃ点、Ｄ点およびＥ点の流場を通過する際、乱流を発生させるため、進行中の物体の速度に影響を与える。流体４０が物体５０の平滑な外表面５１を通過する際、航跡４２は比較的短い距離Ｗ１を呈したうえで比較的大きい抗力（ｄｒａｇｆｏｒｃｅ）を発生させるとともに非常に強い流体抗力が生成される。
弾丸、砲弾などの投射物は、直線および円運動を行うため、上述と同じ欠点を抱えている。

上記問題を解決するため、本考案の目的は、物体の進行抵抗力を低減できる流体に対する抵抗体を提供することである。

上述の目的を達成するため、本考案による流体に対する抵抗体は、外表面（ｏｂｊｅｃｔｓｋｉｎ）の一部または全面に薄層を備え、薄層の外表面に複数の空洞を設け、流体が複数の空洞を通過し、薄層の外表面に複数の渦（ｓｍａｌｌｖｏｒｔｅｘ）を発生させ、複数の渦は薄層の外表面に乱流境界層（ｔｕｒｂｕｌｅｎｔｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒ）を生成する。これにより、物体の外表面上の流体が生じた乱気流（ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ）を確実に妨害し、流体と物体の外表面との接触を部分的に遮断し、物体の外表面に対する流体の粘性抵抗（ｖｉｓｃｏｕｓｄｒａｇ）を低減させ、流体を進行中の物体の外表面に沿って迅速に通過させ、抗力を低減することができる。
また、乱流境界層を介して、乱気流を妨害することによって、流体に物体の外表面に沿って航跡（ｗａｋｅ）を延長させ、物体の航跡の抗力を低減することができる。これにより、物体の進行速度をより速くし、動力をより高効率にすることができる。

本考案は、乗り物の外表面に適用されることができるだけでなく、投射物の外表面に適用されることもできる。投射物、特に弾丸、砲弾は、直線および円運動を行い、進行抗力を低減させる原理は乗り物と同じである。直線および円運動の速度が極めて高いのに対し、進行抗力を低減させる効率が高い。

本考案は、技術手段が非破壊性であるため、外表面を変更または破壊することがない。かつ本考案は作業上の利便性を有し、物体の構造を破壊したり金属疲労を発生させたりすることを確実に抑制することができるだけでなく、使用上の安全性を有し、進行速度をより速くし、動力をより高効率にすることができる。

従来の物体外表面を流動する流体の状態を示す模式図である。従来の物体外表面を流動する流体の分離過程を示す模式図である。本考案の一実施形態による流体に対する抵抗体によって形成された空洞を示す模式図である。本考案の一実施形態による流体に対する抵抗体によって生成された乱流境界層を示す断面図である。図４の一部分を示す拡大図である。周知の物体上の気体流動と本考案の一実施形態による流体に対する抵抗体を採用した物体上の気体流動との比較を示す模式図である。周知の物体上の気体分離過程と本考案の一実施形態による流体に対する抵抗体を採用した物体上の気体分離過程との比較を示す模式図である。本考案の一実施形態による流体に対する抵抗体を採用した乗り物の使用状態を示す模式図である。本考案の一実施形態による流体に対する抵抗体を採用した投射物の使用状態を示す模式図である。

以下、本考案による流体に対する抵抗体を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
本考案の一実施形態による物体１０は、図８に示すように飛行機またはヘリコプターなどの飛行体１１、船舶１２、列車１３またはロケット１４などを含む陸海空の乗り物１０Ａと、乗り物１０Ａに装着された装着器具、装着物、ジェットエンジンとを含む。船舶１２は、喫水線上方の船体、船橋、喫水線下方の船体などを含む。

本考案の一実施形態による物体１０は、図９に示すように弾丸１５、爆弾１６、ミサイル１７、魚雷１８などの陸海空の投射物１０Ｂを含む。物体１０が直線運動または直線および円運動を進める際、物体１０の外表面２０と流体４０（空気、水）との間に抗力が生じる。外表面２０に設けられた複数の空洞３１により、乗り物１０Ａまたは投射物１０Ｂの進行抵抗力を低減させる。弾丸１５、砲弾などの投射物１０Ｂが直線および円運動をする時の抗力を低減させる原理は乗り物と同じである。

図３に示すように、物体１０の外表面２０の一部または全面に薄層２１を形成し、この簿層２１に複数の空洞３１を形成する。流体４０が複数の空洞３１を通過する際、物体１０の外表面２０に形成される簿層２１の空洞３１に複数の渦３３を発生させる（図４参照）。複数の渦３３は、物体１０の外表面２０に形成される薄層に乱流境界層３０を生成し、乱流境界層３０は、物体１０の外表面２０上の流体４０が生じた乱気流を確実に妨害し、流体４０と物体１０の外表面２０との接触を部分的に遮断し、物体１０の外表面２０に対する流体４０の粘性抵抗を低減させることによって流体４０を進行中の物体１０の外表面２０に沿って迅速に通過させる。これにより、物体１０の進行抗力を低減させる効果を達成することができる。

また、図６に示すように、乱流境界層３０は、流体４０の乱気流を妨害するため、流体４０は、物体１０の外表面２０に沿って航跡４１を延長することができる。このとき航跡４１は比較的長い距離Ｗ２を呈する。延長された航跡４１は物体１０の航跡の抗力を低減させることができる。従って、本考案は、上述した渦３３、乱流境界層３０および延長された航跡４１によって物体１０の進行抗力を確実に低減させ、物体１０の進行速度をより速くし、動力をより高効率にすることができる。

本考案は、物体１０の外表面２０に空洞３１を設ける際、破壊性のない技術手段を採用することができるため、構造を変更するまたは破壊することなく、物体の安全性を確保することができる。従って、本考案は、既に出荷された現役物体に適用することができる。

本考案は、破壊性のない技術手段によって物体１０の外表面２０に複数の空洞３１を設ける際、塗布、プリントおよびステッカーのいずれか一つまたは組み合わせによって物体１０の外表面２０に薄層２１を生成する方法を採用することができる。本実施形態において、薄層２１は、塗料のコーティングまたはスクリーン印刷との組み合わせによって物体１０の外表面２０に生成されるが、これに限らない。つまり、薄層２１は、高低温度差に耐えられ防水性を有する薄膜から構成されたステッカーの表面に複数の空洞３１を予め設け、そののちステッカーを物体１０の外表面２０に貼り付けることによって生成されてもよい。

図４および図５に示すように、薄層２１は、表面に形成された複数の空洞３１を有する。空洞３１は、細長い形、多角形、円形、楕円形などの所定の幾何学的パターンを呈する。本実施形態において、空洞３１は、中央が凹んでいる弧状を呈するように形成され、レーダー反射波を低減させることができる。空洞３１は、流体４０に向き合う前端が円弧状３２に形成されるため、気流４０は、空洞３１内にスムーズに導入され、空洞３１内に複数の渦３３を生成することができる。

複数の空洞３１は、深さが０．００１ｍｍから１０ｍｍまでであり、面積が０．００１ｍｍ²から１００ｍｍ²までの間である。空洞３１の密度が高ければ高いほど抗力抑制効果がよくなる。本実施形態においては、二つの隣り合う空洞３１の間の間隔を空洞３１の最大直径または幅より小さくし、複数の空洞３１を密集させるが、これに限らない。

上述により形成された複数の空洞３１内に生じる複数の渦３３は、点状から面状に変わり、乱流境界層３０を生成する。物体の進行速度または運転速度および外表面２０の表面積の大きさに応じ、空洞３１の深さおよび面積の大きさを設計すれば、最良の乱流境界層３０を生成することができる。

図５に示すように、本実施形態において、空洞３１は、深さＨが薄層２１の厚さＴより小さい。例えば、薄層２１の厚さＴは２ｍｍであるのに対し、空洞３１の最大深さＨは１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、１．５ｍｍから１．８ｍｍまでの間が比較的好ましいが、これに限らない。従って、薄層２１は、底面の大部分が外表面２０に付着することで付着性を増大させる。

薄層２１は、コーティング、プリントまたはステッカーなどの方式によって外表面２０に固着される。コーティングおよびプリントを採用する場合、着工と同時に複数の空洞３１を形成する。ステッカーを採用する場合、複数の空洞３１を予めステッカーに形成し、そののちステッカーを外表面２０に粘着する。

上述した本考案の技術手段は現今の科学技術によって達成することができる。例えば、米国Ａ社製のカラーパターンを有するステッカーを飛行機のボディーに張ることができる。このようなステッカーは一般のステッカーと異なり、飛行機が離陸する前に温度が３０度以上に達し、飛行機が離陸した後数分内上空高度４万フィートに上ると温度が零下６０度まで急落する極端な温度変化および圧力変化に耐えられるように設計される。ステッカーは上空の強い紫外線の照射を受け、悪天候下で大雨または氷雪にあたっても裏返ったり逸脱したりするという現象が発生してはならない。従って着工前にステッカーに保護膜をコーディングし、保護膜が乾燥した後、ステッカーを飛行機のボディーに貼り付け、最後に接着剤によってステッカーと飛行機のボディーとを密着させる。飛行機のボディーにステッカーを張る方式は実際に採用されているため、本考案の薄層２１は破壊性および腐食性のない方式によって外表面２０に複数の空洞３１を形成する手段を実施することができる。
また、塗料のスプレーまたはプリントによって複数の空洞３１を外表面２０に形成する手段を問題なく実施することができる。

本考案は、外表面２０に複数の空洞３１を形成する際、上述した薄層２１によって空洞３１を形成する方法に限らず、外表面を取り付ける前にプレートの表面に成型加工を予め行う方法を採用することにしてもよい。例えば、金属薄板にローリングまたはスタンピングを行うか、金属ブロックに穴あけまたはモールドを行うか、または、複合材料にストリップ加工を行うことによってプレートの表面に複数の空洞３１を形成する。空洞３１はプレートの表面にのみ形成されるため、プレートの構造および強度を破壊することがない。続いて、プレートを組み立て、外表面２０を構成すれば、複数の空洞３１が外表面２０に自然に形成される。複数の空洞３１は複数の渦３３を発生させることによって乱流境界層３０を生成する。その特徴および効果は上述した構造と同じであるため、詳細な説明を省略する。

上述した技術特徴により、本考案は下記の効果を有する。
一、流体４０が複数の空洞３１を通過する際、外表面２０に乱流境界層３０を自然に発生させるため、タービュレーター（ｔｕｒｂｕｌａｔｏｒ）などの設備を増設する必要なく表面の気流を妨害することができる。従って、本考案は利便性を有すsる。

二、図６に示すように、本考案は、外表面２０に対する流体４０の粘性抵抗を低減させることができるだけでなく、航跡４１を延長することができる。つまり、従来の航跡４２は、本考案によって比較的短い距離Ｗ１から比較的長い距離Ｗ２まで伸びることができる。従って、本考案は、外表面の航跡４１の抗力を低減させる効果を増進することができるだけでなく、速度を増大させ、エネルギーの損耗を抑制することができる。弾丸、砲弾が生じた直線および円運動の速度は極めて速いのに対し、進行抗力を低減させる効率が高い。

三、図７に示すように、従来の流体は、物体５０の外表面５１を流れ、Ａ点からＢ点に至る際、境界層に分離点が現れ、Ｂ点以降のＣ点、Ｄ点、Ｅ点などの流場に乱流を発生させる。それに対し、本考案は、流体が物体１０の表面を流れる際、Ａ点の流場を発生させ、そののち物体１０の外表面２０上にＢ点の流場に示した境界層を発生させる。本考案は、外表面２０に複数の空洞３１を設けることによって乱流境界層３０を生成するため、流体が流場Ｂ点以降のＣ点、Ｄ点、Ｅ点などを流れる際、図７の上方の図に示した従来の流体のように乱流現象を発生させることなく、物体１０の進行抗力を確実に低減させることができる。

四、本考案は、破壊性のない技術手段で複数の空洞を形成することによって乱流境界層３０を生成するため、使用上の安全性および作業上の利便性を有するだけでなく、コストを抑えることができる。

上述した通り、本考案により提示された流体に対する抵抗体は、新規性を有し、効果の増進を確実に達成可能であり、産業上の利用性を有するため、実用新案登録出願の要件を満たすと考えられる。
以上、本考案は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、考案の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１０・・・物体、
１０Ａ・・・乗り物、
１０Ｂ・・・投射物、
１１・・・飛行体、
１２・・・船舶、
１３・・・列車、
１４・・・ロケット、
１５・・・弾丸、
１６・・・爆弾、
１７・・・ミサイル、
１８・・・魚雷、
２０・・・外表面、
２１・・・薄層、
３０・・・乱流境界層、
３１・・・空洞、
３２・・・円弧状、
３３・・・渦、
４０・・・流体、
４１・・・航跡、
４２・・・航跡、
５０・・・物体、
５１・・・外表面。

Claims

流体中を進行する物体の外表面に形成される抵抗体であって、
物体は、外表面の一部または全面に形成される簿層を備え、
前記簿層は、外表面に複数の空洞を有し、
流体が前記複数の空洞を通過することで前記簿層の外表面に乱流境界層を生成するための渦を発生させることを特徴とする流体に対する抵抗体。
前記複数の空洞は、所定の細長い形、多角形、円形、楕円形、または他の幾何学的パターンを呈し、中央が凹んでいる弧状を呈することを特徴とする請求項１に記載の流体に対する抵抗体。
前記複数の空洞は、前記簿層の外表面に密集分布し、深さが０．００１ｍｍから１０ｍｍまでであり、面積が０．００１ｍｍ²から１００ｍｍ²までであることを特徴とする請求項２に記載の流体に対する抵抗体。
前記複数の空洞は、塗布、プリントおよびステッカーのいずれか一つまたは組み合わせによって前記物体の外表面に付着された薄層から生成され、
前記複数の空洞の最大深さ（Ｈ）が前記薄層の厚さ（Ｔ）より小さいことを特徴とする請求項３に記載の流体に対する抵抗体。
前記複数の空洞は、塗料のコーティングまたは塗料とスクリーン印刷との組み合わせによって構成された薄層によって前記物体の外表面に生成されることを特徴とする請求項４に記載の流体に対する抵抗体。
前記複数の空洞は、高低温度差に耐えられ防水性を有する薄膜から構成されたステッカーの表面に予め設けられ、前記ステッカーを前記物体の外表面に貼り付けることによって生成されることを特徴とする請求項４に記載の流体に対する抵抗体。
前記複数の空洞は、前記物体の外表面に取り付けられるプレートの表面に加工を行うことによって生成されることを特徴とする請求項３に記載の流体に対する抵抗体。
前記複数の空洞は、金属薄板にローリングまたはスタンピングを行い、または、金属ブロックに穴をあけるまたはモールドを行い、または、複合材料にストリップ加工を行うことによって前記プレートの表面に生成されることを特徴とする請求項７に記載の流体に対する抵抗体。