JP3563009B2 - 流体中の物体の共振防止装置およびその方法 - Google Patents
流体中の物体の共振防止装置およびその方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体中の物体と該物体の下流に発生するカルマン渦との共振を防止するための共振防止装置及び共振防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体中に物体を置いた場合、その物体の下流側にカルマン渦が発生する。このカルマン渦の周波数が物体の固有振動周波数に近づいた場合、一種の共振が生じてしまう。従来はこの共振を防止するために、例えば、流体の流れ中にワイヤメッシュを配置する装置が提案されている（例えば、特開平６−１７４３９０号公報参照）。
【０００３】
図１０にこの装置の概略を示す。図に示すように、ダクト１０１において、多孔部材であるワイヤメッシュ１０４が、管群１０２，１０２の間に位置している。ダクト１０１の両側の内壁面１０１ａには１対の固定片１０５が取り付けられている。ワイヤメッシュ１０４は、１対の固定辺１０５の間に流体の流れを横切るようにして配置されている。このワイヤメッシュ１０４の設置によって、流体粒子の振動に抵抗が与えられる。その結果、流れ方向のモードの共振の発生が防止される。
【０００４】
【発明が解決しょうとする課題】
しかし、上記共振防止装置のように流体の流れの中にワイヤメッシュ１０４を配すると、流れに対して大きな抵抗を作ることになってしまう。そのことは、例えば流体が冷却液であれば、冷却効率を低下させることにもなる。
【０００５】
また、流体中の適当な箇所にワイヤメッシュ１０４を取り付けるためのスペースがない場合もある。さらに、管群１０２のような物体に共振が生ずることが発覚した後に、その対処のためにダクト１０１内にワイヤメッシュ１０４による共振防止装置を設置しようとすると、ダクト１０１の分解などの煩雑な作業を必要とする。
【０００６】
本発明は、流体の流れに大きな抵抗を生ぜしめることなく、しかも、流体中に大きな構造物を設置する必要がないような共振防止装置およびその方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願に係る共振防止装置は、流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避するための共振防止装置であって、弾性振動波を該流体に与える弾性振動波付与手段と、制御手段とを備え、該制御手段は、該物体近傍の流体の流速を直接的に又は間接的に検知し、検知された流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与えるように該弾性振動波付与手段を駆動し、該弾性振動波付与手段によって弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、該制御手段は、検知された流速が、該物体の固有振動周波数より小さい周波数のカルマン渦を発生させる流速である場合は、該固有振動周波数より小さい第１の周波数の弾性振動波を流体に与えるように該弾性振動波付与手段を駆動し、検知された流速が、該物体の固有振動周波数より大きい周波数のカルマン渦を発生させる流速である場合は、該固有振動周波数より大きい第２の周波数の弾性振動波を流体に与えるように該弾性振動波付与手段を駆動する（請求項１）。
また、上記目的を達成するため、本願に係る共振防止方法は、流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避する共振防止方法であって、該物体近傍の流体の流速を直接的又は間接的に検知し、該検知した流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与え、該弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、該検知された流速が、該物体の固有振動周波数より小さい周波数のカルマン渦を発生させる流速である場合は、該固有振動周波数より小さい第１の周波数の弾性振動波を流体に与え、検知された流速が、該物体の固有振動周波数より大きい周波数のカルマン渦を発生させる流速である場合は、該固有振動周波数より大きい第２の周波数の弾性振動波を流体に与える（請求項７）。
かかる装置・方法によると、流体に与えられた弾性振動波の周波数にカルマン渦の周波数がロックインされる。よって、カルマン渦の周波数は励振周波数にならない。よって、物体の共振が起きない。流体中の物体近傍には大きな構造物を置く必要もないので、流体抵抗を生じないし、かかる装置を設置することも容易である。
また、流体の流速に応じて、よりロックインしやすい周波数にカルマン渦の周波数を導くことができる。
【０００８】
上記共振防止装置において、該第１の周波数が、該物体の固有振動周波数の７０％以上９０％以下の周波数であり、該第２の周波数が、該物体の固有振動周波数の１１０％以上１３０％以下の周波数であることが好ましい。
また、上記共振防止方法において、該第１の周波数が、該物体の固有振動周波数の７０％以上９０％以下の周波数であり、該第２の周波数が、該物体の固有振動周波数の１１０％以上１３０％以下の周波数であることが好ましい。
【０００９】
また、上記目的を達成するため、本願に係る共振防止装置は、流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避するための共振防止装置であって、弾性振動波を該流体に与える弾性振動波付与手段と、制御手段とを備え、該制御手段は、該物体近傍の流体の流速を直接的に又は間接的に検知し、検知された流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与えるように該弾性振動波付与手段を駆動し、該弾性振動波付与手段によって弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、該弾性振動波付与手段が、一の又は複数のスピーカで構成される（請求項２）。
かかる装置によると、流体に与えられた弾性振動波の周波数にカルマン渦の周波数がロックインされる。よって、カルマン渦の周波数は励振周波数にならない。よって、物体の共振が起きない。流体中の物体近傍には大きな構造物を置く必要もないので、流体抵抗を生じないし、かかる装置を設置することも容易である。
【００１０】
また、上記目的を達成するため、本願に係る共振防止装置は、流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避するための共振防止装置であって、弾性振動波を該流体に与える弾性振動波付与手段と、制御手段とを備え、該制御手段は、該物体近傍の流体の流速を直接的に又は間接的に検知し、検知された流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与えるように該弾性振動波付与手段を駆動し、該弾性振動波付与手段によって弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、該弾性振動波付与手段が、対向して配置された第１の弾性振動波付与要素と第２の弾性振動波付与要素とで構成され、該第１の弾性振動波付与要素によって発生する弾性振動波と該第２の弾性振動波付与要素によって発生する弾性振動波とが、該流体の粒子速度がカルマン渦の発生位置近傍において最大となるように干渉する（請求項３）。
また、上記目的を達成するため、本願に係る共振防止方法は、流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避する共振防止方法であって、該物体近傍の流体の流速を直接的又は間接的に検知し、該検知した流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与え、該弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、対向して配置された第１の弾性振動波付与要素と第２の弾性振動波付与要素とによって該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与え、該第１の弾性振動波付与要素によって発生する弾性振動波と該第２の弾性振動波付与要素によって発生する弾性振動波とが、該流体の粒子速度がカルマン渦の発生位置近傍において最大となるように干渉する（請求項８）。
かかる装置・方法によると、流体に与えられた弾性振動波の周波数にカルマン渦の周波数がロックインされる。よって、カルマン渦の周波数は励振周波数にならない。よって、物体の共振が起きない。流体中の物体近傍には大きな構造物を置く必要もないので、流体抵抗を生じないし、かかる装置を設置することも容易である。
また、カルマン渦発生位置を含む流体粒子の粒子速度の大きな領域を広くすることができる。よって、弾性振動波の周波数にカルマン渦の周波数をロックインさせるという作用の及ぶ領域が広くなり、弾性振動波の周波数にカルマン渦の周波数を確実にロックインさせることができる。
【００１１】
上記共振防止装置において、該第１の弾性振動波付与要素と該第２の弾性振動波付与要素とが、カルマン渦の発生位置を中心として該発生位置から等距離となるように配置され、該第１の弾性振動波付与要素と該第２の弾性振動波付与要素とは同振幅でかつ逆位相の弾性振動波を発生するようにしてもよい。
また、上記共振防止方法において、該第１の弾性振動波付与要素と該第２の弾性振動波付与要素とが、カルマン渦の発生位置を中心として該発生位置から等距離となるように配置され、該第１の弾性振動波付与要素と該第２の弾性振動波付与要素とは同振幅でかつ逆位相の弾性振動波を発生するようにしてもよい。
【００１２】
また、上記共振防止装置において、該第１の弾性振動波付与要素と該第２の弾性振動波付与要素とが、いずれもスピーカであってもよい。
【００１３】
また、上記目的を達成するため、本願に係る共振防止装置は、流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避するための共振防止装置であって、弾性振動波を該流体に与える弾性振動波付与手段と、制御手段とを備え、該制御手段は、該物体近傍の流体の流速を直接的に又は間接的に検知し、検知された流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与えるように該弾性振動波付与手段を駆動し、該弾性振動波付与手段によって弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、該弾性振動波付与手段が共鳴機構を有する（請求項４）。
かかる装置によると、流体に与えられた弾性振動波の周波数にカルマン渦の周波数がロックインされる。よって、カルマン渦の周波数は励振周波数にならない。よって、物体の共振が起きない。流体中の物体近傍には大きな構造物を置く必要もないので、流体抵抗を生じないし、かかる装置を設置することも容易である。
また、共鳴の作用によって効率的に弾性振動波を流体に与えることができる。
【００１４】
また、上記目的を達成するため、本願に係る共振防止装置は、流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避するための共振防止装置であって、弾性振動波を該流体に与える弾性振動波付与手段と、制御手段とを備え、該制御手段は、該物体近傍の流体の流速を直接的に又は間接的に検知し、検知された流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与えるように該弾性振動波付与手段を駆動し、該弾性振動波付与手段によって弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、該弾性振動波付与手段の外周に遮音機構を設ける（請求項５）。
かかる装置によると、流体に与えられた弾性振動波の周波数にカルマン渦の周波数がロックインされる。よって、カルマン渦の周波数は励振周波数にならない。よって、物体の共振が起きない。流体中の物体近傍には大きな構造物を置く必要もないので、流体抵抗を生じないし、かかる装置を設置することも容易である。
また、弾性振動波を外部に騒音として放出することを極力防止できる。
【００１５】
また、上記目的を達成するため、本願に係る共振防止装置は、流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避するための共振防止装置であって、弾性振動波を該流体に与える弾性振動波付与手段と、制御手段とを備え、該制御手段は、該物体近傍の流体の流速を直接的に又は間接的に検知し、検知された流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与えるように該弾性振動波付与手段を駆動し、該弾性振動波付与手段によって弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、流体中に発生したカルマン渦の周波数を検知する検知手段を備え、該制御手段は、該検知手段からの信号を受け、検知された周波数が該物体の固有振動周波数近傍の周波数である場合に、流体に与える弾性振動波の振幅を増加させるように該弾性振動波付与手段を駆動する（請求項６）。
また、上記目的を達成するため、本願に係る共振防止方法は、流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避する共振防止方法であって、該物体近傍の流体の流速を直接的又は間接的に検知し、該検知した流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与え、該弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、流体中に発生したカルマン渦の周波数を検知し、検知された周波数が該物体の固有振動周波数近傍の周波数である場合に、流体に与える弾性振動波の振幅を増加させる（請求項９）。
かかる装置・方法によると、流体に与えられた弾性振動波の周波数にカルマン渦の周波数がロックインされる。よって、カルマン渦の周波数は励振周波数にならない。よって、物体の共振が起きない。流体中の物体近傍には大きな構造物を置く必要もないので、流体抵抗を生じないし、かかる装置を設置することも容易である。
また、カルマン渦の周波数が、物体の固有振動周波数近傍の周波数から外れるようになるまで弾性振動波の振幅が増加される。よって、確実にカルマン渦の周波数を弾性振動波の周波数にロックインさせることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態たる共振防止装置の構成を、この装置が適用されたダクト１と共に示す図であり、（ａ）はダクト１の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ矢視断面図である。この共振防止装置によって本発明の実施形態たる共振
防止方法が実施される。図２は、図１の共振防止装置の一部構成を示す斜観透視図である。ダクト１の中には流速Ｕを有する流体が流れている。図１（ａ）のダクト１中の矢印は、流体の流れ方向を示すものである。この流体の流れの中にプレート２１が配置されている。プレート２１の左右端は、ダクト１の左右の内壁面に固着されている。図１（ａ）からわかるように、プレート２１の長手方向に直交する断面の形状は、前後端が半円状であり、その中間部が前後方向に一定の厚さを有するような形状である。つまり、プレート２１は流体の流れ方向における前後端面が丸まった形状に形成されている。流体の流れによって、プレート２１の下流側にはカルマン渦が発生する。
【００２２】
図１（ａ）からわかるように、ダクト１の上壁には第１の弾性振動波付与要素たるスピーカ４ａが設置されており、ダクト１の下壁には第２の弾性振動波付与要素たるスピーカ４ｂが設置されている。両スピーカ４ａ，４ｂは対向して配置されており、互いに対向する２のスピーカ４ａ，４ｂによってスピーカ対４が構成されている。ここではこのスピーカ対４によって弾性振動波付与手段が構成されている。カルマン渦の発生位置は、スピーカ４ａとスピーカ４ｂとに挟まれている。カルマン渦の発生位置からスピーカ４ａまでの距離と、スピーカ４ｂまでの距離とは略等しい。
【００２３】
図１（ｂ）からわかるように、かかるスピーカ対４は、ダクト１の幅方向に等間隔で並ぶように３対配設されている。また、この流体の流れの中において、プレート２１の上流側であって、プレート２１近傍の位置に、流体の流速Ｕを検知する第１の検知手段たる流速センサー５が配設されている。３対のスピーカ対４及び流速センサー５は図示されない制御装置に接続されている。
【００２４】
また、ダクト１の外壁面には、３つのスピーカ対４の外周を覆うように、遮音機構たるスピーカキャビネット７が設けられている。このスピーカキャビネット７によって、スピーカ対４の音が外部に漏出することが防止される。すなわち、外部への騒音の漏出を防止しているのである。
【００２５】
図３は、図１の共振防止装置の制御系統の構成を示す機能ブロック図である。図３を参照して説明する。流速センサー５は流体の流速を検知するためのものである。制御装置６は、演算処理器８と、信号発生器９と、増幅器１０とで構成されている。演算処理器８は、例えばＣＰＵ等で構成されている。演算処理器８は、流速センサー５で検知された流速に応じた指令を、信号発生器９に対して出力する。信号発生器９は、演算処理器８から出力された指令に従って、所定の信号を出力する。増幅器１０は、信号発生器９からの信号を増幅して、スピーカ４ａ，４ｂに供給する。スピーカ４ａとスピーカ４ｂとは、増幅器１０からの信号を弾性振動波たる音波に変換して流体中に放出する。
【００２６】
スピーカ４ａとスピーカ４ｂとは、増幅器１０に対する極性が互いに逆になるように接続されている。つまり、例えばスピーカ４ａは増幅器１０に対して正極性で接続されており、スピーカ４ｂは増幅器１０に対して逆極性で接続されている。よって、スピーカ４ａが出力する音波とスピーカ４ｂが出力する音波とは、同振幅であって、互いに逆位相である。
【００２７】
共振防止装置は以上のように構成されている。以下にその動作を説明する。
【００２８】
図４は、カルマン渦のロックイン現象を示すグラフ図であり、図５は本発明に係る共振防止装置がこのロックイン現象を利用してプレート２１の共振を防止する原理を示すグラフ図である。
【００２９】
まず、図４を用いてカルマン渦のロックイン現象を説明する。図４は、図１のようにダクト１中にプレート２１が存在する状態でダクト１中を流れる流体の流速Ｕと、この流体中で発生するカルマン渦の周波数との関係を示す図である。また、図４は共振防止装置が作動しない状態での流速Ｕとカルマン渦の周波数との関係を示すものである。図４の横軸は流体の流速Ｕを、縦軸は周波数ｆを示す。
【００３０】
ダクト１内において流体の流れの中に存在するプレート２１が、流体の流速Ｕがどのように変化しても全く振動することがないと仮定すると、プレート２１の下流に発生するカルマン渦の周波数は、一点鎖線Ｓｔ’に示すように、流体の流速Ｕに対して概略比例した関係を示す。
【００３１】
しかし実際にはプレート２１は固有振動周波数を有しており、カルマン渦の放出周波数とプレート２１の固有振動周波数とが概略一致すると、プレート２１はその固有振動周波数で共振する。そのため、流体の流速Ｕに対してカルマン渦の周波数は、図中の実線Ｓｔのように変化する。
【００３２】
ここでは、プレート２１の固有振動周波数と概略一致することによってプレート２１をその固有振動周波数で共振させてしまうようなカルマン渦の放出周波数を励振周波数と呼ぶ。励振周波数には一般に下限と上限とがあるが、励振周波数の下限を下限励振周波数、上限を上限励振周波数と呼ぶ。プレート２１を下限励振周波数未満の周波数で起振しても、プレート２１は共振を起こさない。また、プレート２１を上限励振周波数を越える周波数で起振しても、プレート２１は共振を起こさない。プレート２１を下限励振周波数以上で且つ上限励振周波数以下の周波数で起振すると、プレート２１は共振を起こす。図１、２に示す系においては、プレート２１の固有振動周波数の値はｆ３であり、下限励振周波数の値はｆ２であり、上限励振周波数の値はｆ４である。ｆ２、ｆ３、ｆ４の大小関係は、（ｆ２＜ｆ３＜ｆ４）である。
【００３３】
図４を参照しつつ、ダクト１中の流体の流速Ｕが０から徐々に大きくなっていったときに、プレート２１の下流に発生するカルマン渦の周波数がどのように変化するかを、図中の実線Ｓｔに沿って説明する。
【００３４】
ダクト１中の流体の流速Ｕが０近傍の値であるとき、カルマン渦の周波数も０近傍の値となる。流体の流速Ｕが徐々に大きくなると、それに比例するようにしてカルマン渦の周波数も大きくなってゆく。この傾向は、流体の流速Ｕの値がｕ２になるまで続く。
【００３５】
流体の流速Ｕがｕ２に達すると、カルマン渦の周波数はｆ２になる。ｆ２は、下限励振周波数の値である。よって、流体の流速Ｕがｕ２に達した時点で、プレート２１は固有振動周波数（＝ｆ３）で振動を開始する。すなわち、共振し始めるのである。すると、カルマン渦の周波数は急にｆ２からｆ３に引き込まれる。
【００３６】
そして、さらに流速Ｕを増大させていっても、カルマン渦の周波数はｆ３に維持されたままの状態となる。この状態は、流速Ｕがｕ４の値となるまで続く。つまり、流速がｕ２からｕ４になるまでの間、プレート２１はその固有振動周波数（＝ｆ３）で共振を続け、カルマン渦の周波数はｆ３に維持されるのである。
【００３７】
そして、流速Ｕがｕ４を越えると、カルマン渦の周波数は急に上限励振周波数の値であるｆ４を越える値となり、それと同時にプレート２１の共振は停止する。
【００３８】
さらに、流速がｕ４よりも徐々に大きくなっていくと、それに比例するようにしてカルマン渦の周波数も大きくなってゆく。
【００３９】
このように、流速Ｕがｕ２以上でｕ４以下となる範囲でカルマン渦の周波数がプレート２１の固有振動周波数に一致するのは、カルマン渦がプレート２１の固有振動周波数ｆ３に引き込まれるからである。
【００４０】
このような現象は、ダクト１中の流体の流速Ｕが０から徐々に大きくなっていくときのみならず、逆に流速Ｕがｕ４より大きな値からｕ２より小さな値にまで徐々に小さくなっていくような場合も同様に生ずる。つまり、流速Ｕがｕ２以上でｕ４以下となる範囲ではカルマン渦の周波数がプレート２１の固有振動周波数（＝ｆ３）に引き込まれ、それ以外の流速範囲においてはカルマン渦の周波数は流速に概略比例する。
【００４１】
このような現象、つまり、流体に振動を与える起振源の周波数にカルマン渦の周波数が引き込まれて一致してしまう現象は、一般にロックイン現象と呼ばれている。ロックイン現象が生じているときは、プレート２１とカルマン渦とが互いに共振していることになる。以上の現象は、共振のみならず共鳴においても同様に生ずる。
【００４２】
次に、図５を参照しつつ、共振防止装置が作動するときの状態を説明する。共振防止装置は、共鳴現象に基づくロックイン現象を利用してプレート２１とカルマン渦との共振を回避するものである。共振防止装置が作動している状態では、カルマン渦の周波数は図５の太線Ｓｆに示されるように変化する。図１、図３、図５を参照して説明すると、共振防止装置は流速センサー５によって流体の流速Ｕを検出している。制御装置６の演算処理器８には、ｕ１という値と、ｕ３という値と、ｕ５という値とが記憶されている。
【００４３】
ｕ１は、０よりも大きく、かつ、下限励振周波数の値であるｆ２の周波数のカルマン渦を発生させる流速ｕ２よりも小さな値である。流速ｕ１で発生するカルマン渦の周波数はｆ１である。ｆ１は、プレート２１の固有振動周波数の値であるｆ３の７０％以上９０％以下の値であることが望ましい。
【００４４】
ｕ３は、プレート２１の固有振動周波数ｆ３に一致する周波数のカルマン渦を発生させる流速である。
【００４５】
ｕ５は、上限励振周波数の値であるｆ４の周波数のカルマン渦を発生させる流速ｕ４よりも大きな値である。流速ｕ５で発生するカルマン渦の周波数はｆ５である。ｆ５は、プレート２１の固有振動周波数の値であるｆ３の１１０％以上１３０％以下の値であることが望ましい。
【００４６】
そして、演算処理器８は流速センサー５で検出された流速Ｕを受け、この流速Ｕを上記したｕ１、ｕ３、ｕ５と比較する。
【００４７】
もしも検出した流速Ｕがｕ１よりも小さい場合には、演算処理器８は信号発生器９に対して、何らの信号も発生しないように指令を発する。よって、スピーカ４ａ，４ｂからは音波は出力されない。流速Ｕがｕ１よりも小さいということは、カルマン渦の周波数が励振周波数以外の周波数であるということなので、プレート２１は共振を起こさない。
【００４８】
もしも検出した流速Ｕがｕ１以上かつｕ３以下であれば、演算処理器８は信号発生器９に対して、ｆ１の周波数の信号を発生するように指令を発する。よって、スピーカ４ａ，４ｂからはｆ１の周波数の音波が出力される。すると、カルマン渦の周波数は、スピーカ４ａ，４ｂから発せられる音波の周波数であるｆ１にロックインされる。つまり、流速Ｕがｕ２からｕ３までの範囲であっても、カルマン渦の周波数はｆ１に維持され、励振周波数にはならない。よって、プレート２１は共振を起こさない。
【００４９】
もしも検出した流速Ｕがｕ３より大きくかつｕ５以下であれば、演算処理器８は信号発生器９に対して、ｆ５の周波数の信号を発生するように指令を発する。よって、スピーカ４ａ，４ｂからはｆ５の周波数の音波が出力される。カルマン渦の周波数は、スピーカ４ａ，４ｂから発せられる音波の周波数であるｆ５にロックインされる。つまり、流速Ｕがｕ３からｕ４までの範囲であっても、カルマン渦の周波数はｆ５に維持され、励振周波数にはならない。よって、プレート２１は共振を起こさない。
【００５０】
もしも検出した流速Ｕがｕ５よりも大きい場合には、演算処理器８は信号発生器９に対して、何らの信号も発生しないように指令を発する。よって、スピーカ４ａ，４ｂからは音波は出力されない。流速Ｕがｕ５よりも大きいということは、カルマン渦の周波数が励振周波数以外の周波数であるということなので、プレート２１は共振を起こさない。
【００５１】
このように、流体の流速がいかなる値であろうと、カルマン渦の周波数は励振周波数にはならない。よって、プレート２１は共振を起こさない。
【００５２】
上記の説明からわかるように、演算処理器８が検出した流速Ｕが、プレート２１の固有振動周波数ｆ３より小さな周波数のカルマン渦を発生させる流速である場合は、その固有振動周波数より小さい周波数ｆ１の音波がスピーカ４ａ，４ｂから出力される。また、演算処理器８が検出した流速Ｕが、プレート２１の固有振動周波数ｆ３より大きな周波数のカルマン渦を発生させる流速である場合は、その固有振動周波数より大きい周波数ｆ５の音波がスピーカ４ａ，４ｂから出力される。このようにして、カルマン渦がよりロックインしやすいように、スピーカ４ａ，４ｂの音波の周波数を切り替えているのである。
【００５３】
なお、演算処理器８は、所定時間間隔毎に流速Ｕを検出し、上記のような比較判断や指令を、流速Ｕを検出する度に行っている。この所定時間間隔を短く設定すると、流体の流速変化が急激に生ずる可能性のある系においても、その流速変化に追随してプレート２１の共振を確実に回避することができる。
【００５４】
上記の装置において、プレート２１の共振をより確実に防止するために、フィードバック制御を行っても良い。具体的な構成を説明すると、流体中のカルマン渦発生位置近傍にプローブを設置し、このプローブの出力信号を演算処理器８に送出するのである。そして、その信号によって流体中に発生したカルマン渦の周波数を検知し、検知した周波数がプレート２１の固有振動周波数の近傍の周波数である場合に、スピーカ４ａ，４ｂから出力される音波の振幅をわずかに増大させるのである。そしてこのような処理を、カルマン渦の周波数がスピーカ４ａ，４ｂからの音波の周波数と略同一するようになるまで繰り返すのである。このようにすると、プレート２１の共振をより確実に防止することができる。
【００５５】
次に、図１、図２の系におけるプレート２１を、図６に示すようなプレート２２に取りかえたような系に、本発明の共振防止装置を適用した場合について説明する。図１、図２に示されるプレート２１の長手方向に直交する断面の形状は、前後端が半円状であり、その中間部が前後方向に一定の厚さを有するような形状であったが、図６のプレート２２の長手方向に直交する断面の形状は長方形である。つまり、流体の流れ方向における前後端面が、流れ方向に対して直交する平面状に形成されている。このように前後端の形状が異なることにより、カルマン渦の発生状態が、図１、２のプレート２１の場合と異なる。
【００５６】
図７は、図１のようなダクト１中にプレート２２が存在する状態での、ダクト１中を流れる流体の流速Ｕと、この流体中で発生するカルマン渦の周波数との関係を示すものである。また、図７は共振防止装置が作動していない状態での流速Ｕとカルマン渦の周波数との関係を示すものである。図７の横軸は流体の流速Ｕを、縦軸は周波数を示す。
【００５７】
ダクト１内において流体の流れの中に存在するプレート２２が、流体の流速Ｕがどのように変化しても全く振動することがないと仮定すると、プレート２２の下流に発生するカルマン渦の周波数は、図７の点線Ｓｔ’に示すように、流体の流速Ｕに対して概略比例した関係を示す。点線Ｓｔ’によって示されるように、流速Ｕの値がｕ７のときカルマン渦の周波数はｆ７となり、流速Ｕの値がｕ９のときカルマン渦の周波数はｆ９となる。
【００５８】
しかし実際にはプレート２２は固有振動周波数を有しているので、ある周波数範囲のカルマン渦によってプレート２２は共振する。すなわち、プレート２２が励振される。この系では、プレート２２の固有振動周波数の値がｆ７であり、下限励振周波数の値がｆ７であり、上限励振周波数の値がｆ９である。このように、プレート２２の固有振動周波数の値と下限励振周波数の値とが一致している。この系では、流体の流速Ｕに対して、カルマン渦の周波数は図中の実線Ｓｔのように変化する。このように、流速Ｕがｕ７以上でｕ９以下となる範囲では、カルマン渦がプレート２２の固有振動周波数ｆ７にロックインされる。
【００５９】
次に、共振防止装置が作動するときの状態を、図８を用いて説明する。図８の太線Ｓｆは、共振防止装置が作動しているときの、カルマン渦の周波数の変化を示すものである。以下、この太線Ｓｆに沿って、共振防止装置の動作を説明する。
【００６０】
共振防止装置の演算処理器８には、ｕ６という値と、ｕ８という値と、ｕ１０という値とが記憶されている。
【００６１】
ｕ６は、０よりも大きく、かつ、下限励振周波数の値であるｆ７の周波数のカルマン渦を発生させる流速ｕ７よりも小さな値である。流速ｕ６で発生するカルマン渦の周波数はｆ６である。
【００６２】
ｕ８は、下限励振周波数の値であるｆ７の周波数のカルマン渦を発生させる流速ｕ７よりも大きく、かつ、上限励振周波数の値であるｆ９の周波数のカルマン渦を発生させる流速ｕ９よりも小さな値である。
【００６３】
ｕ１０は、上限励振周波数の値であるｆ９の周波数のカルマン渦を発生させる流速ｕ９よりも大きな値である。流速ｕ１０で発生するカルマン渦の周波数はｆ１０である。
【００６４】
そして、演算処理器８は流速センサー５で検出された流速Ｕを受け、この流速Ｕを上記したｕ６、ｕ８、ｕ１０と比較する。
【００６５】
もしも検出した流速Ｕがｕ６よりも小さい場合には、演算処理器８は信号発生器９に対して、何らの信号も発生しないように指令を発する。よって、スピーカ４ａ，４ｂからは音波は出力されない。流速Ｕがｕ６よりも小さいということは、カルマン渦の周波数が励振周波数以外の周波数であるということなので、プレート２２は共振を起こさない。
【００６６】
もしも検出した流速Ｕがｕ６以上かつｕ８以下であれば、演算処理器８は信号発生器９に対して、ｆ６の周波数の信号を発生するように指令を発する。よって、スピーカ４ａ，４ｂからはｆ６の周波数の音波が出力される。すると、カルマン渦の周波数は、スピーカ４ａ，４ｂから発せられる音波の周波数であるｆ６にロックインされる。つまり、流速Ｕがｕ７からｕ８までの範囲であっても、カルマン渦の周波数はｆ６に維持され、励振周波数にはならない。よって、プレート２２は共振を起こさない。
【００６７】
もしも検出した流速Ｕがｕ８より大きくかつｕ１０以下であれば、演算処理器８は信号発生器９に対して、ｆ１０の周波数の信号を発生するように指令を発する。よって、スピーカ４ａ，４ｂからはｆ１０の周波数の音波が出力される。カルマン渦の周波数は、スピーカ４ａ，４ｂから発せられる音波の周波数であるｆ１０にロックインされる。つまり、流速Ｕがｕ８からｕ９までの範囲であっても、カルマン渦の周波数はｆ１０に維持され、励振周波数にはならない。よって、プレート２２は共振を起こさない。
【００６８】
もしも検出した流速Ｕがｕ１０よりも大きい場合には、演算処理器８は信号発生器９に対して、何らの信号も発生しないように指令を発する。よって、スピーカ４ａ，４ｂからは音波は出力されない。流速Ｕがｕ１０よりも大きいということは、カルマン渦の周波数が励振周波数以外の周波数であるということなので、プレート２２は共振を起こさない。
【００６９】
このように、流体の流速がいかなる値であろうと、カルマン渦の周波数は励振周波数にはならない。よって、プレート２２は共振を起こさない。
【００７０】
以上、図１〜８に基づいて、本願発明の実施形態たる共振防止装置・方法を説明した。
【００７１】
上記共振防止装置・方法では、スピーカ４ａ，４ｂを対向して配置しているが、その理由は次の通りである。すなわち、スピーカ４ａからカルマン渦の発生位置までの距離と、スピーカ４ｂからカルマン渦の発生位置までの距離とが等しくなるようにスピーカ４ａ，４ｂは配置されている。前述したようにスピーカ４ａとスピーカ４ｂからは、同振幅で逆位相の音波が出力されている。よって、スピーカ４ａからの音波とスピーカ４ｂからの音波とは、カルマン渦発生位置において、互いにその音圧を打ち消し合うように作用する。換言すれば、カルマン渦発生位置において、音波による粒子速度が最大となるように干渉し合うのである。つまり、カルマン渦をスピーカ４ａ，４ｂの出力する音波の周波数にロックインさせるという作用の及ぶ範囲が、より広くなるのである。このように、粒子を大きく振動させることによって、また、粒子が大きく振動する領域を広くすることによって、カルマン渦をその周波数（スピーカからの音波の周波数）に確実にロックインさせることができるのである。このことを、図９を参照して説明する。
【００７２】
図９は、流体中にプレートＰを置きその流体にスピーカＳによって弾性振動波たる音波を与えたとき、流体の粒子速度がどのような値となるのかをシミュレーション計算した結果を示す図であり、図９（ａ）は、上側のスピーカＳのみを駆動したときの結果であり、図９（ｂ）は上下のスピーカＳを同振幅逆位相で駆動したときの結果である。図中の斜線領域は、粒子速度のＹ方向成分がある値以上となる領域である。（ａ）と（ｂ）との比較から明らかなように、同一の駆動力でスピーカを駆動しても、粒子速度がある値以上となる範囲は（ａ）と（ｂ）とで大きく異なる。特に、（ｂ）ではプレートＰの前後端近傍において粒子速度の大きな領域が広くなっており、スピーカＳからの音波の影響をカルマン渦に与えやすくなることがわかる。
【００７３】
上記共振防止装置・方法では、カルマン渦の発生位置から２台のスピーカ４ａ，４ｂまでの距離が等しく、また、２台のスピーカ４ａ，４ｂからは同振幅で逆位相の音波が出力される。しかし、対向する２台のスピーカからの音波を干渉させて、音波による粒子速度がカルマン渦発生位置において最大となるようにするには、必ずしもそのように等距離、同振幅、逆位相とする必要はない。例えば、図１の系において、プレート２１がもっと下方に配置されているような場合、すなわち、プレート２１からスピーカ４ｂまでの距離が、プレート２１からスピーカ４ａまでの距離よりも短くなるように配置されている場合であっても、音波による粒子速度がカルマン渦発生位置において最大となるように、スピーカ４ａ、４ｂからの音波を干渉させることもできる。つまり、両スピーカ４ａ，４ｂから出力させる音波の位相差を調整することによって、カルマン渦発生位置（すなわちプレート２１の後方の位置）において音圧が互いにうち消し合うようにすればよいのである。このように、対向する２台のスピーカの出力する音波の振幅や位相差を調整することによって、カルマン渦の発生位置から２台のスピーカまでの距離が等しくない場合においても、音波による粒子速度がカルマン渦発生位置において最大となるようにすることができる。
【００７４】
また、上記共振防止装置・方法では、スピーカ４ａ，４ｂを１台の増幅器１０で駆動するようにしたが、スピーカ４ａ用の増幅器とスピーカ４ｂ用の増幅器とを別個に用意してもよい。この場合、２台の増幅器への入力信号を逆位相として、それぞれの増幅器に対するスピーカの接続を両方とも正極性としてもよい。
【００７５】
なお、上記共振防止装置では、スピーカ４ａ，４ｂを対向して配置しているが、必ずしも複数のスピーカを対向配置する必要はない。要するに、カルマン渦発生位置において、スピーカからの音波による粒子の運動が生ずるようにすればよいのである。よって、複数のスピーカを同一の向きに配置してもよいし、一のスピーカのみを配置してもよい。
【００７６】
また、上記共振防止装置・方法では、検出した流速Ｕに応じて、スピーカ４ａ，４ｂから出力させる音波の周波数をｆ１とｆ５とに切り替えたり、ｆ６とｆ１０とに切り替えるようにしている。このように、スピーカ４ａ，４ｂから出力する音波の周波数を流速によって切り替えているのは、スピーカ４ａ，４ｂからの音波の周波数をよりカルマン渦がロックインしやすいものとするためである。
【００７７】
つまり、例えば図１、２の系において、流速Ｕがｕ２の値であるときには、流体中に何らの起振源がなければカルマン渦の周波数はｆ２になる。ｆ１はｆ５よりもｆ２に近いので、流速Ｕがｕ２の値であるときには、カルマン渦はｆ５よりもｆ１の起振源によりロックインされやすいのである。流速Ｕがｕ２であるときにカルマン渦の周波数をｆ５にロックインしようとすればスピーカ４ａ，４ｂからの出力を比較的大きくしなければならないが、ｆ１にロックインしようとするのであればスピーカ４ａ，４ｂからの出力は比較的小さくてすむ。
【００７８】
なお、スピーカ４ａ，４ｂからの音波の周波数を上記のように切り替えることなく、スピーカを動作させるべき全流速範囲において、一定の周波数の音波をスピーカから出力させるようにしてもよい。例えば図１、２の系において、検出した流速Ｕがｕ１以上かつｕ５以下となる全範囲で、スピーカ４ａ，４ｂからｆ１の周波数の音波を出力するようにしてもよい。ただし、流速Ｕがｕ５のときにもカルマン渦をｆ１の周波数にロックインさせることが必要となるので、スピーカ４ａ，４ｂから出力を比較的大きくする必要がある。
【００７９】
また、上記共振防止装置・方法では、流体中に流速センサーを設置し、このセンサーによって流体の流速を検知した。しかし、このように直接的に流速を検出するだけでなく、より間接的に検出してもよい。例えば、ある駆動源、例えばモータによって流体に流れを生じさせているのであれば、このモータに供給する電圧によって流体の流速は変化するはずである。このモータに供給する電圧を検知することによって間接的に流体の流速を検知してもよい。つまり、直接的に流速を検出しなくとも、流速と相関のある物理量を検出すればよいのである。
【００８０】
なお、上記の説明では、弾性振動波として音波を用いたが、プレートの固有振動周波数に応じて超音波等、可聴周波数以外の周波数の弾性振動波を用いても良い。
【００８１】
また、上記では、ダクト中にプレートが置かれる場合を説明したが、流体はダクトを流れるものに限られるものではない。例えば、地表面近傍を流れる空気に適用することもできる。また、流体中に置かれる物体はプレートに限定されるものではなく、カルマン渦を生じさせるものであればいかなるものであっても、本発明を適用することができる。例えば一端がダクトの内壁面に固定された柱状物であってもよい。なお、流体中に置かれる物体としては、これに限定されるのではないが、例えば整流板、スプリッタ型吸音板、温度計などがある。
【００８２】
また、上記共振防止装置・方法では、弾性振動波付与手段としてスピーカを用いたが、スピーカを音響管やヘルムホルツ共鳴器などの共鳴機構と組み合わせて用いても良い。かかる構成とすると、スピーカからの音波を共鳴させて、より強い音波を効率よく流体に与えることができる。
【００８３】
【発明の効果】
本発明は、以上に説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
（１）本願に係る共振防止装置・方法によると、流体中の物体近傍に大きな構造物を置くことなく、流体中の物体の共振を回避できる。よって、流体抵抗を生じないし、物体近傍に装置を設置することも容易である。
（２）検知された流速が、物体の固有振動周波数より小さい周波数のカルマン渦を発生させる流速である場合には、その固有振動周波数より小さい第１の周波数の弾性振動波を流体に与え、検知された流速が、物体の固有振動周波数より大きい周波数のカルマン渦を発生させる流速である場合には、その固有振動周波数より大きい第２の周波数の弾性振動波を流体に与えるようにすると、流体の流速に応じて、よりロックインしやすい周波数にカルマン渦の周波数を導くことができる。
（３）第１の弾性振動波付与要素によって発生する弾性振動波と第２の弾性振動波付与要素によって発生する弾性振動波とを、流体の粒子速度がカルマン渦の発生位置近傍において最大となるように干渉させると、弾性振動波の周波数にカルマン渦の周波数を確実にロックインさせることができる。
（４）弾性振動波付与手段が共鳴機構を有するように構成すると、共鳴の作用によって効率的に弾性振動波を流体に与えることができる。
（５）弾性振動波付与手段の外周に遮音機構を設けると、弾性振動波を外部に騒音として放出することを極力防止できる。
（６）流体中に発生したカルマン渦の周波数を検知して、その周波数が物体の固有振動周波数近傍の周波数である場合に、流体に与える弾性振動波の振幅を増加させるようにすると、確実にカルマン渦の周波数を弾性振動波の周波数にロックインさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る共振防止装置の構成を示す図であり、（ａ）はダクトの縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【図２】図１の共振防止装置の一部構成を示す斜観透視図である。
【図３】図１の共振防止装置の制御系統の構成を示す機能ブロック図である。
【図４】流体の流速とカルマン渦の周波数との関係を示す図である。
【図５】流体の流速とカルマン渦の周波数との関係を示す図である。
【図６】プレートの形状を示す斜視図である。
【図７】流体の流速とカルマン渦の周波数との関係を示す図である。
【図８】流体の流速とカルマン渦の周波数との関係を示す図である。
【図９】流体中にプレートを置きその流体にスピーカによって弾性振動波たる音波を与えたときの、流体の粒子速度のシミュレーション計算の結果を示す図であり、（ａ）は、上側のスピーカのみを駆動したときの結果を示す図であり、（ｂ）は上下のスピーカを同振幅逆位相で駆動したときの結果を示す図である。
【図１０】流体中の物体の共振を防止する従来の装置を示す図である。
【符号の説明】
１ ダクト
４ スピーカ対
４ａ、４ｂ スピーカ
５ 流速センサー
７ スピーカキャビネット
６ 制御装置
８ 演算処理器
９ 信号発生器
１０ 増幅器
２１、２２ プレート
Ｓ スピーカ
Ｐ プレート
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体中の物体と該物体の下流に発生するカルマン渦との共振を防止するための共振防止装置及び共振防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体中に物体を置いた場合、その物体の下流側にカルマン渦が発生する。このカルマン渦の周波数が物体の固有振動周波数に近づいた場合、一種の共振が生じてしまう。従来はこの共振を防止するために、例えば、流体の流れ中にワイヤメッシュを配置する装置が提案されている（例えば、特開平６−１７４３９０号公報参照）。
【０００３】
図１０にこの装置の概略を示す。図に示すように、ダクト１０１において、多孔部材であるワイヤメッシュ１０４が、管群１０２，１０２の間に位置している。ダクト１０１の両側の内壁面１０１ａには１対の固定片１０５が取り付けられている。ワイヤメッシュ１０４は、１対の固定辺１０５の間に流体の流れを横切るようにして配置されている。このワイヤメッシュ１０４の設置によって、流体粒子の振動に抵抗が与えられる。その結果、流れ方向のモードの共振の発生が防止される。
【０００４】
【発明が解決しょうとする課題】
しかし、上記共振防止装置のように流体の流れの中にワイヤメッシュ１０４を配すると、流れに対して大きな抵抗を作ることになってしまう。そのことは、例えば流体が冷却液であれば、冷却効率を低下させることにもなる。
【０００５】
また、流体中の適当な箇所にワイヤメッシュ１０４を取り付けるためのスペースがない場合もある。さらに、管群１０２のような物体に共振が生ずることが発覚した後に、その対処のためにダクト１０１内にワイヤメッシュ１０４による共振防止装置を設置しようとすると、ダクト１０１の分解などの煩雑な作業を必要とする。
【０００６】
本発明は、流体の流れに大きな抵抗を生ぜしめることなく、しかも、流体中に大きな構造物を設置する必要がないような共振防止装置およびその方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願に係る共振防止装置は、流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避するための共振防止装置であって、弾性振動波を該流体に与える弾性振動波付与手段と、制御手段とを備え、該制御手段は、該物体近傍の流体の流速を直接的に又は間接的に検知し、検知された流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与えるように該弾性振動波付与手段を駆動し、該弾性振動波付与手段によって弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、該制御手段は、検知された流速が、該物体の固有振動周波数より小さい周波数のカルマン渦を発生させる流速である場合は、該固有振動周波数より小さい第１の周波数の弾性振動波を流体に与えるように該弾性振動波付与手段を駆動し、検知された流速が、該物体の固有振動周波数より大きい周波数のカルマン渦を発生させる流速である場合は、該固有振動周波数より大きい第２の周波数の弾性振動波を流体に与えるように該弾性振動波付与手段を駆動する（請求項１）。
また、上記目的を達成するため、本願に係る共振防止方法は、流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避する共振防止方法であって、該物体近傍の流体の流速を直接的又は間接的に検知し、該検知した流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与え、該弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、該検知された流速が、該物体の固有振動周波数より小さい周波数のカルマン渦を発生させる流速である場合は、該固有振動周波数より小さい第１の周波数の弾性振動波を流体に与え、検知された流速が、該物体の固有振動周波数より大きい周波数のカルマン渦を発生させる流速である場合は、該固有振動周波数より大きい第２の周波数の弾性振動波を流体に与える（請求項７）。
かかる装置・方法によると、流体に与えられた弾性振動波の周波数にカルマン渦の周波数がロックインされる。よって、カルマン渦の周波数は励振周波数にならない。よって、物体の共振が起きない。流体中の物体近傍には大きな構造物を置く必要もないので、流体抵抗を生じないし、かかる装置を設置することも容易である。
また、流体の流速に応じて、よりロックインしやすい周波数にカルマン渦の周波数を導くことができる。
【０００８】
上記共振防止装置において、該第１の周波数が、該物体の固有振動周波数の７０％以上９０％以下の周波数であり、該第２の周波数が、該物体の固有振動周波数の１１０％以上１３０％以下の周波数であることが好ましい。
また、上記共振防止方法において、該第１の周波数が、該物体の固有振動周波数の７０％以上９０％以下の周波数であり、該第２の周波数が、該物体の固有振動周波数の１１０％以上１３０％以下の周波数であることが好ましい。
【０００９】
また、上記目的を達成するため、本願に係る共振防止装置は、流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避するための共振防止装置であって、弾性振動波を該流体に与える弾性振動波付与手段と、制御手段とを備え、該制御手段は、該物体近傍の流体の流速を直接的に又は間接的に検知し、検知された流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与えるように該弾性振動波付与手段を駆動し、該弾性振動波付与手段によって弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、該弾性振動波付与手段が、一の又は複数のスピーカで構成される（請求項２）。
かかる装置によると、流体に与えられた弾性振動波の周波数にカルマン渦の周波数がロックインされる。よって、カルマン渦の周波数は励振周波数にならない。よって、物体の共振が起きない。流体中の物体近傍には大きな構造物を置く必要もないので、流体抵抗を生じないし、かかる装置を設置することも容易である。
【００１０】
また、上記目的を達成するため、本願に係る共振防止装置は、流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避するための共振防止装置であって、弾性振動波を該流体に与える弾性振動波付与手段と、制御手段とを備え、該制御手段は、該物体近傍の流体の流速を直接的に又は間接的に検知し、検知された流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与えるように該弾性振動波付与手段を駆動し、該弾性振動波付与手段によって弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、該弾性振動波付与手段が、対向して配置された第１の弾性振動波付与要素と第２の弾性振動波付与要素とで構成され、該第１の弾性振動波付与要素によって発生する弾性振動波と該第２の弾性振動波付与要素によって発生する弾性振動波とが、該流体の粒子速度がカルマン渦の発生位置近傍において最大となるように干渉する（請求項３）。
また、上記目的を達成するため、本願に係る共振防止方法は、流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避する共振防止方法であって、該物体近傍の流体の流速を直接的又は間接的に検知し、該検知した流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与え、該弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、対向して配置された第１の弾性振動波付与要素と第２の弾性振動波付与要素とによって該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与え、該第１の弾性振動波付与要素によって発生する弾性振動波と該第２の弾性振動波付与要素によって発生する弾性振動波とが、該流体の粒子速度がカルマン渦の発生位置近傍において最大となるように干渉する（請求項８）。
かかる装置・方法によると、流体に与えられた弾性振動波の周波数にカルマン渦の周波数がロックインされる。よって、カルマン渦の周波数は励振周波数にならない。よって、物体の共振が起きない。流体中の物体近傍には大きな構造物を置く必要もないので、流体抵抗を生じないし、かかる装置を設置することも容易である。
また、カルマン渦発生位置を含む流体粒子の粒子速度の大きな領域を広くすることができる。よって、弾性振動波の周波数にカルマン渦の周波数をロックインさせるという作用の及ぶ領域が広くなり、弾性振動波の周波数にカルマン渦の周波数を確実にロックインさせることができる。
【００１１】
上記共振防止装置において、該第１の弾性振動波付与要素と該第２の弾性振動波付与要素とが、カルマン渦の発生位置を中心として該発生位置から等距離となるように配置され、該第１の弾性振動波付与要素と該第２の弾性振動波付与要素とは同振幅でかつ逆位相の弾性振動波を発生するようにしてもよい。
また、上記共振防止方法において、該第１の弾性振動波付与要素と該第２の弾性振動波付与要素とが、カルマン渦の発生位置を中心として該発生位置から等距離となるように配置され、該第１の弾性振動波付与要素と該第２の弾性振動波付与要素とは同振幅でかつ逆位相の弾性振動波を発生するようにしてもよい。
【００１２】
また、上記共振防止装置において、該第１の弾性振動波付与要素と該第２の弾性振動波付与要素とが、いずれもスピーカであってもよい。
【００１３】
また、上記目的を達成するため、本願に係る共振防止装置は、流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避するための共振防止装置であって、弾性振動波を該流体に与える弾性振動波付与手段と、制御手段とを備え、該制御手段は、該物体近傍の流体の流速を直接的に又は間接的に検知し、検知された流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与えるように該弾性振動波付与手段を駆動し、該弾性振動波付与手段によって弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、該弾性振動波付与手段が共鳴機構を有する（請求項４）。
かかる装置によると、流体に与えられた弾性振動波の周波数にカルマン渦の周波数がロックインされる。よって、カルマン渦の周波数は励振周波数にならない。よって、物体の共振が起きない。流体中の物体近傍には大きな構造物を置く必要もないので、流体抵抗を生じないし、かかる装置を設置することも容易である。
また、共鳴の作用によって効率的に弾性振動波を流体に与えることができる。
【００１４】
また、上記目的を達成するため、本願に係る共振防止装置は、流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避するための共振防止装置であって、弾性振動波を該流体に与える弾性振動波付与手段と、制御手段とを備え、該制御手段は、該物体近傍の流体の流速を直接的に又は間接的に検知し、検知された流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与えるように該弾性振動波付与手段を駆動し、該弾性振動波付与手段によって弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、該弾性振動波付与手段の外周に遮音機構を設ける（請求項５）。
かかる装置によると、流体に与えられた弾性振動波の周波数にカルマン渦の周波数がロックインされる。よって、カルマン渦の周波数は励振周波数にならない。よって、物体の共振が起きない。流体中の物体近傍には大きな構造物を置く必要もないので、流体抵抗を生じないし、かかる装置を設置することも容易である。
また、弾性振動波を外部に騒音として放出することを極力防止できる。
【００１５】
また、上記目的を達成するため、本願に係る共振防止装置は、流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避するための共振防止装置であって、弾性振動波を該流体に与える弾性振動波付与手段と、制御手段とを備え、該制御手段は、該物体近傍の流体の流速を直接的に又は間接的に検知し、検知された流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与えるように該弾性振動波付与手段を駆動し、該弾性振動波付与手段によって弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、流体中に発生したカルマン渦の周波数を検知する検知手段を備え、該制御手段は、該検知手段からの信号を受け、検知された周波数が該物体の固有振動周波数近傍の周波数である場合に、流体に与える弾性振動波の振幅を増加させるように該弾性振動波付与手段を駆動する（請求項６）。
また、上記目的を達成するため、本願に係る共振防止方法は、流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避する共振防止方法であって、該物体近傍の流体の流速を直接的又は間接的に検知し、該検知した流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与え、該弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、流体中に発生したカルマン渦の周波数を検知し、検知された周波数が該物体の固有振動周波数近傍の周波数である場合に、流体に与える弾性振動波の振幅を増加させる（請求項９）。
かかる装置・方法によると、流体に与えられた弾性振動波の周波数にカルマン渦の周波数がロックインされる。よって、カルマン渦の周波数は励振周波数にならない。よって、物体の共振が起きない。流体中の物体近傍には大きな構造物を置く必要もないので、流体抵抗を生じないし、かかる装置を設置することも容易である。
また、カルマン渦の周波数が、物体の固有振動周波数近傍の周波数から外れるようになるまで弾性振動波の振幅が増加される。よって、確実にカルマン渦の周波数を弾性振動波の周波数にロックインさせることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態たる共振防止装置の構成を、この装置が適用されたダクト１と共に示す図であり、（ａ）はダクト１の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ矢視断面図である。この共振防止装置によって本発明の実施形態たる共振
防止方法が実施される。図２は、図１の共振防止装置の一部構成を示す斜観透視図である。ダクト１の中には流速Ｕを有する流体が流れている。図１（ａ）のダクト１中の矢印は、流体の流れ方向を示すものである。この流体の流れの中にプレート２１が配置されている。プレート２１の左右端は、ダクト１の左右の内壁面に固着されている。図１（ａ）からわかるように、プレート２１の長手方向に直交する断面の形状は、前後端が半円状であり、その中間部が前後方向に一定の厚さを有するような形状である。つまり、プレート２１は流体の流れ方向における前後端面が丸まった形状に形成されている。流体の流れによって、プレート２１の下流側にはカルマン渦が発生する。
【００２２】
図１（ａ）からわかるように、ダクト１の上壁には第１の弾性振動波付与要素たるスピーカ４ａが設置されており、ダクト１の下壁には第２の弾性振動波付与要素たるスピーカ４ｂが設置されている。両スピーカ４ａ，４ｂは対向して配置されており、互いに対向する２のスピーカ４ａ，４ｂによってスピーカ対４が構成されている。ここではこのスピーカ対４によって弾性振動波付与手段が構成されている。カルマン渦の発生位置は、スピーカ４ａとスピーカ４ｂとに挟まれている。カルマン渦の発生位置からスピーカ４ａまでの距離と、スピーカ４ｂまでの距離とは略等しい。
【００２３】
図１（ｂ）からわかるように、かかるスピーカ対４は、ダクト１の幅方向に等間隔で並ぶように３対配設されている。また、この流体の流れの中において、プレート２１の上流側であって、プレート２１近傍の位置に、流体の流速Ｕを検知する第１の検知手段たる流速センサー５が配設されている。３対のスピーカ対４及び流速センサー５は図示されない制御装置に接続されている。
【００２４】
また、ダクト１の外壁面には、３つのスピーカ対４の外周を覆うように、遮音機構たるスピーカキャビネット７が設けられている。このスピーカキャビネット７によって、スピーカ対４の音が外部に漏出することが防止される。すなわち、外部への騒音の漏出を防止しているのである。
【００２５】
図３は、図１の共振防止装置の制御系統の構成を示す機能ブロック図である。図３を参照して説明する。流速センサー５は流体の流速を検知するためのものである。制御装置６は、演算処理器８と、信号発生器９と、増幅器１０とで構成されている。演算処理器８は、例えばＣＰＵ等で構成されている。演算処理器８は、流速センサー５で検知された流速に応じた指令を、信号発生器９に対して出力する。信号発生器９は、演算処理器８から出力された指令に従って、所定の信号を出力する。増幅器１０は、信号発生器９からの信号を増幅して、スピーカ４ａ，４ｂに供給する。スピーカ４ａとスピーカ４ｂとは、増幅器１０からの信号を弾性振動波たる音波に変換して流体中に放出する。
【００２６】
スピーカ４ａとスピーカ４ｂとは、増幅器１０に対する極性が互いに逆になるように接続されている。つまり、例えばスピーカ４ａは増幅器１０に対して正極性で接続されており、スピーカ４ｂは増幅器１０に対して逆極性で接続されている。よって、スピーカ４ａが出力する音波とスピーカ４ｂが出力する音波とは、同振幅であって、互いに逆位相である。
【００２７】
共振防止装置は以上のように構成されている。以下にその動作を説明する。
【００２８】
図４は、カルマン渦のロックイン現象を示すグラフ図であり、図５は本発明に係る共振防止装置がこのロックイン現象を利用してプレート２１の共振を防止する原理を示すグラフ図である。
【００２９】
まず、図４を用いてカルマン渦のロックイン現象を説明する。図４は、図１のようにダクト１中にプレート２１が存在する状態でダクト１中を流れる流体の流速Ｕと、この流体中で発生するカルマン渦の周波数との関係を示す図である。また、図４は共振防止装置が作動しない状態での流速Ｕとカルマン渦の周波数との関係を示すものである。図４の横軸は流体の流速Ｕを、縦軸は周波数ｆを示す。
【００３０】
ダクト１内において流体の流れの中に存在するプレート２１が、流体の流速Ｕがどのように変化しても全く振動することがないと仮定すると、プレート２１の下流に発生するカルマン渦の周波数は、一点鎖線Ｓｔ’に示すように、流体の流速Ｕに対して概略比例した関係を示す。
【００３１】
しかし実際にはプレート２１は固有振動周波数を有しており、カルマン渦の放出周波数とプレート２１の固有振動周波数とが概略一致すると、プレート２１はその固有振動周波数で共振する。そのため、流体の流速Ｕに対してカルマン渦の周波数は、図中の実線Ｓｔのように変化する。
【００３２】
ここでは、プレート２１の固有振動周波数と概略一致することによってプレート２１をその固有振動周波数で共振させてしまうようなカルマン渦の放出周波数を励振周波数と呼ぶ。励振周波数には一般に下限と上限とがあるが、励振周波数の下限を下限励振周波数、上限を上限励振周波数と呼ぶ。プレート２１を下限励振周波数未満の周波数で起振しても、プレート２１は共振を起こさない。また、プレート２１を上限励振周波数を越える周波数で起振しても、プレート２１は共振を起こさない。プレート２１を下限励振周波数以上で且つ上限励振周波数以下の周波数で起振すると、プレート２１は共振を起こす。図１、２に示す系においては、プレート２１の固有振動周波数の値はｆ３であり、下限励振周波数の値はｆ２であり、上限励振周波数の値はｆ４である。ｆ２、ｆ３、ｆ４の大小関係は、（ｆ２＜ｆ３＜ｆ４）である。
【００３３】
図４を参照しつつ、ダクト１中の流体の流速Ｕが０から徐々に大きくなっていったときに、プレート２１の下流に発生するカルマン渦の周波数がどのように変化するかを、図中の実線Ｓｔに沿って説明する。
【００３４】
ダクト１中の流体の流速Ｕが０近傍の値であるとき、カルマン渦の周波数も０近傍の値となる。流体の流速Ｕが徐々に大きくなると、それに比例するようにしてカルマン渦の周波数も大きくなってゆく。この傾向は、流体の流速Ｕの値がｕ２になるまで続く。
【００３５】
流体の流速Ｕがｕ２に達すると、カルマン渦の周波数はｆ２になる。ｆ２は、下限励振周波数の値である。よって、流体の流速Ｕがｕ２に達した時点で、プレート２１は固有振動周波数（＝ｆ３）で振動を開始する。すなわち、共振し始めるのである。すると、カルマン渦の周波数は急にｆ２からｆ３に引き込まれる。
【００３６】
そして、さらに流速Ｕを増大させていっても、カルマン渦の周波数はｆ３に維持されたままの状態となる。この状態は、流速Ｕがｕ４の値となるまで続く。つまり、流速がｕ２からｕ４になるまでの間、プレート２１はその固有振動周波数（＝ｆ３）で共振を続け、カルマン渦の周波数はｆ３に維持されるのである。
【００３７】
そして、流速Ｕがｕ４を越えると、カルマン渦の周波数は急に上限励振周波数の値であるｆ４を越える値となり、それと同時にプレート２１の共振は停止する。
【００３８】
さらに、流速がｕ４よりも徐々に大きくなっていくと、それに比例するようにしてカルマン渦の周波数も大きくなってゆく。
【００３９】
このように、流速Ｕがｕ２以上でｕ４以下となる範囲でカルマン渦の周波数がプレート２１の固有振動周波数に一致するのは、カルマン渦がプレート２１の固有振動周波数ｆ３に引き込まれるからである。
【００４０】
このような現象は、ダクト１中の流体の流速Ｕが０から徐々に大きくなっていくときのみならず、逆に流速Ｕがｕ４より大きな値からｕ２より小さな値にまで徐々に小さくなっていくような場合も同様に生ずる。つまり、流速Ｕがｕ２以上でｕ４以下となる範囲ではカルマン渦の周波数がプレート２１の固有振動周波数（＝ｆ３）に引き込まれ、それ以外の流速範囲においてはカルマン渦の周波数は流速に概略比例する。
【００４１】
このような現象、つまり、流体に振動を与える起振源の周波数にカルマン渦の周波数が引き込まれて一致してしまう現象は、一般にロックイン現象と呼ばれている。ロックイン現象が生じているときは、プレート２１とカルマン渦とが互いに共振していることになる。以上の現象は、共振のみならず共鳴においても同様に生ずる。
【００４２】
次に、図５を参照しつつ、共振防止装置が作動するときの状態を説明する。共振防止装置は、共鳴現象に基づくロックイン現象を利用してプレート２１とカルマン渦との共振を回避するものである。共振防止装置が作動している状態では、カルマン渦の周波数は図５の太線Ｓｆに示されるように変化する。図１、図３、図５を参照して説明すると、共振防止装置は流速センサー５によって流体の流速Ｕを検出している。制御装置６の演算処理器８には、ｕ１という値と、ｕ３という値と、ｕ５という値とが記憶されている。
【００４３】
ｕ１は、０よりも大きく、かつ、下限励振周波数の値であるｆ２の周波数のカルマン渦を発生させる流速ｕ２よりも小さな値である。流速ｕ１で発生するカルマン渦の周波数はｆ１である。ｆ１は、プレート２１の固有振動周波数の値であるｆ３の７０％以上９０％以下の値であることが望ましい。
【００４４】
ｕ３は、プレート２１の固有振動周波数ｆ３に一致する周波数のカルマン渦を発生させる流速である。
【００４５】
ｕ５は、上限励振周波数の値であるｆ４の周波数のカルマン渦を発生させる流速ｕ４よりも大きな値である。流速ｕ５で発生するカルマン渦の周波数はｆ５である。ｆ５は、プレート２１の固有振動周波数の値であるｆ３の１１０％以上１３０％以下の値であることが望ましい。
【００４６】
そして、演算処理器８は流速センサー５で検出された流速Ｕを受け、この流速Ｕを上記したｕ１、ｕ３、ｕ５と比較する。
【００４７】
もしも検出した流速Ｕがｕ１よりも小さい場合には、演算処理器８は信号発生器９に対して、何らの信号も発生しないように指令を発する。よって、スピーカ４ａ，４ｂからは音波は出力されない。流速Ｕがｕ１よりも小さいということは、カルマン渦の周波数が励振周波数以外の周波数であるということなので、プレート２１は共振を起こさない。
【００４８】
もしも検出した流速Ｕがｕ１以上かつｕ３以下であれば、演算処理器８は信号発生器９に対して、ｆ１の周波数の信号を発生するように指令を発する。よって、スピーカ４ａ，４ｂからはｆ１の周波数の音波が出力される。すると、カルマン渦の周波数は、スピーカ４ａ，４ｂから発せられる音波の周波数であるｆ１にロックインされる。つまり、流速Ｕがｕ２からｕ３までの範囲であっても、カルマン渦の周波数はｆ１に維持され、励振周波数にはならない。よって、プレート２１は共振を起こさない。
【００４９】
もしも検出した流速Ｕがｕ３より大きくかつｕ５以下であれば、演算処理器８は信号発生器９に対して、ｆ５の周波数の信号を発生するように指令を発する。よって、スピーカ４ａ，４ｂからはｆ５の周波数の音波が出力される。カルマン渦の周波数は、スピーカ４ａ，４ｂから発せられる音波の周波数であるｆ５にロックインされる。つまり、流速Ｕがｕ３からｕ４までの範囲であっても、カルマン渦の周波数はｆ５に維持され、励振周波数にはならない。よって、プレート２１は共振を起こさない。
【００５０】
もしも検出した流速Ｕがｕ５よりも大きい場合には、演算処理器８は信号発生器９に対して、何らの信号も発生しないように指令を発する。よって、スピーカ４ａ，４ｂからは音波は出力されない。流速Ｕがｕ５よりも大きいということは、カルマン渦の周波数が励振周波数以外の周波数であるということなので、プレート２１は共振を起こさない。
【００５１】
このように、流体の流速がいかなる値であろうと、カルマン渦の周波数は励振周波数にはならない。よって、プレート２１は共振を起こさない。
【００５２】
上記の説明からわかるように、演算処理器８が検出した流速Ｕが、プレート２１の固有振動周波数ｆ３より小さな周波数のカルマン渦を発生させる流速である場合は、その固有振動周波数より小さい周波数ｆ１の音波がスピーカ４ａ，４ｂから出力される。また、演算処理器８が検出した流速Ｕが、プレート２１の固有振動周波数ｆ３より大きな周波数のカルマン渦を発生させる流速である場合は、その固有振動周波数より大きい周波数ｆ５の音波がスピーカ４ａ，４ｂから出力される。このようにして、カルマン渦がよりロックインしやすいように、スピーカ４ａ，４ｂの音波の周波数を切り替えているのである。
【００５３】
なお、演算処理器８は、所定時間間隔毎に流速Ｕを検出し、上記のような比較判断や指令を、流速Ｕを検出する度に行っている。この所定時間間隔を短く設定すると、流体の流速変化が急激に生ずる可能性のある系においても、その流速変化に追随してプレート２１の共振を確実に回避することができる。
【００５４】
上記の装置において、プレート２１の共振をより確実に防止するために、フィードバック制御を行っても良い。具体的な構成を説明すると、流体中のカルマン渦発生位置近傍にプローブを設置し、このプローブの出力信号を演算処理器８に送出するのである。そして、その信号によって流体中に発生したカルマン渦の周波数を検知し、検知した周波数がプレート２１の固有振動周波数の近傍の周波数である場合に、スピーカ４ａ，４ｂから出力される音波の振幅をわずかに増大させるのである。そしてこのような処理を、カルマン渦の周波数がスピーカ４ａ，４ｂからの音波の周波数と略同一するようになるまで繰り返すのである。このようにすると、プレート２１の共振をより確実に防止することができる。
【００５５】
次に、図１、図２の系におけるプレート２１を、図６に示すようなプレート２２に取りかえたような系に、本発明の共振防止装置を適用した場合について説明する。図１、図２に示されるプレート２１の長手方向に直交する断面の形状は、前後端が半円状であり、その中間部が前後方向に一定の厚さを有するような形状であったが、図６のプレート２２の長手方向に直交する断面の形状は長方形である。つまり、流体の流れ方向における前後端面が、流れ方向に対して直交する平面状に形成されている。このように前後端の形状が異なることにより、カルマン渦の発生状態が、図１、２のプレート２１の場合と異なる。
【００５６】
図７は、図１のようなダクト１中にプレート２２が存在する状態での、ダクト１中を流れる流体の流速Ｕと、この流体中で発生するカルマン渦の周波数との関係を示すものである。また、図７は共振防止装置が作動していない状態での流速Ｕとカルマン渦の周波数との関係を示すものである。図７の横軸は流体の流速Ｕを、縦軸は周波数を示す。
【００５７】
ダクト１内において流体の流れの中に存在するプレート２２が、流体の流速Ｕがどのように変化しても全く振動することがないと仮定すると、プレート２２の下流に発生するカルマン渦の周波数は、図７の点線Ｓｔ’に示すように、流体の流速Ｕに対して概略比例した関係を示す。点線Ｓｔ’によって示されるように、流速Ｕの値がｕ７のときカルマン渦の周波数はｆ７となり、流速Ｕの値がｕ９のときカルマン渦の周波数はｆ９となる。
【００５８】
しかし実際にはプレート２２は固有振動周波数を有しているので、ある周波数範囲のカルマン渦によってプレート２２は共振する。すなわち、プレート２２が励振される。この系では、プレート２２の固有振動周波数の値がｆ７であり、下限励振周波数の値がｆ７であり、上限励振周波数の値がｆ９である。このように、プレート２２の固有振動周波数の値と下限励振周波数の値とが一致している。この系では、流体の流速Ｕに対して、カルマン渦の周波数は図中の実線Ｓｔのように変化する。このように、流速Ｕがｕ７以上でｕ９以下となる範囲では、カルマン渦がプレート２２の固有振動周波数ｆ７にロックインされる。
【００５９】
次に、共振防止装置が作動するときの状態を、図８を用いて説明する。図８の太線Ｓｆは、共振防止装置が作動しているときの、カルマン渦の周波数の変化を示すものである。以下、この太線Ｓｆに沿って、共振防止装置の動作を説明する。
【００６０】
共振防止装置の演算処理器８には、ｕ６という値と、ｕ８という値と、ｕ１０という値とが記憶されている。
【００６１】
ｕ６は、０よりも大きく、かつ、下限励振周波数の値であるｆ７の周波数のカルマン渦を発生させる流速ｕ７よりも小さな値である。流速ｕ６で発生するカルマン渦の周波数はｆ６である。
【００６２】
ｕ８は、下限励振周波数の値であるｆ７の周波数のカルマン渦を発生させる流速ｕ７よりも大きく、かつ、上限励振周波数の値であるｆ９の周波数のカルマン渦を発生させる流速ｕ９よりも小さな値である。
【００６３】
ｕ１０は、上限励振周波数の値であるｆ９の周波数のカルマン渦を発生させる流速ｕ９よりも大きな値である。流速ｕ１０で発生するカルマン渦の周波数はｆ１０である。
【００６４】
そして、演算処理器８は流速センサー５で検出された流速Ｕを受け、この流速Ｕを上記したｕ６、ｕ８、ｕ１０と比較する。
【００６５】
もしも検出した流速Ｕがｕ６よりも小さい場合には、演算処理器８は信号発生器９に対して、何らの信号も発生しないように指令を発する。よって、スピーカ４ａ，４ｂからは音波は出力されない。流速Ｕがｕ６よりも小さいということは、カルマン渦の周波数が励振周波数以外の周波数であるということなので、プレート２２は共振を起こさない。
【００６６】
もしも検出した流速Ｕがｕ６以上かつｕ８以下であれば、演算処理器８は信号発生器９に対して、ｆ６の周波数の信号を発生するように指令を発する。よって、スピーカ４ａ，４ｂからはｆ６の周波数の音波が出力される。すると、カルマン渦の周波数は、スピーカ４ａ，４ｂから発せられる音波の周波数であるｆ６にロックインされる。つまり、流速Ｕがｕ７からｕ８までの範囲であっても、カルマン渦の周波数はｆ６に維持され、励振周波数にはならない。よって、プレート２２は共振を起こさない。
【００６７】
もしも検出した流速Ｕがｕ８より大きくかつｕ１０以下であれば、演算処理器８は信号発生器９に対して、ｆ１０の周波数の信号を発生するように指令を発する。よって、スピーカ４ａ，４ｂからはｆ１０の周波数の音波が出力される。カルマン渦の周波数は、スピーカ４ａ，４ｂから発せられる音波の周波数であるｆ１０にロックインされる。つまり、流速Ｕがｕ８からｕ９までの範囲であっても、カルマン渦の周波数はｆ１０に維持され、励振周波数にはならない。よって、プレート２２は共振を起こさない。
【００６８】
もしも検出した流速Ｕがｕ１０よりも大きい場合には、演算処理器８は信号発生器９に対して、何らの信号も発生しないように指令を発する。よって、スピーカ４ａ，４ｂからは音波は出力されない。流速Ｕがｕ１０よりも大きいということは、カルマン渦の周波数が励振周波数以外の周波数であるということなので、プレート２２は共振を起こさない。
【００６９】
このように、流体の流速がいかなる値であろうと、カルマン渦の周波数は励振周波数にはならない。よって、プレート２２は共振を起こさない。
【００７０】
以上、図１〜８に基づいて、本願発明の実施形態たる共振防止装置・方法を説明した。
【００７１】
上記共振防止装置・方法では、スピーカ４ａ，４ｂを対向して配置しているが、その理由は次の通りである。すなわち、スピーカ４ａからカルマン渦の発生位置までの距離と、スピーカ４ｂからカルマン渦の発生位置までの距離とが等しくなるようにスピーカ４ａ，４ｂは配置されている。前述したようにスピーカ４ａとスピーカ４ｂからは、同振幅で逆位相の音波が出力されている。よって、スピーカ４ａからの音波とスピーカ４ｂからの音波とは、カルマン渦発生位置において、互いにその音圧を打ち消し合うように作用する。換言すれば、カルマン渦発生位置において、音波による粒子速度が最大となるように干渉し合うのである。つまり、カルマン渦をスピーカ４ａ，４ｂの出力する音波の周波数にロックインさせるという作用の及ぶ範囲が、より広くなるのである。このように、粒子を大きく振動させることによって、また、粒子が大きく振動する領域を広くすることによって、カルマン渦をその周波数（スピーカからの音波の周波数）に確実にロックインさせることができるのである。このことを、図９を参照して説明する。
【００７２】
図９は、流体中にプレートＰを置きその流体にスピーカＳによって弾性振動波たる音波を与えたとき、流体の粒子速度がどのような値となるのかをシミュレーション計算した結果を示す図であり、図９（ａ）は、上側のスピーカＳのみを駆動したときの結果であり、図９（ｂ）は上下のスピーカＳを同振幅逆位相で駆動したときの結果である。図中の斜線領域は、粒子速度のＹ方向成分がある値以上となる領域である。（ａ）と（ｂ）との比較から明らかなように、同一の駆動力でスピーカを駆動しても、粒子速度がある値以上となる範囲は（ａ）と（ｂ）とで大きく異なる。特に、（ｂ）ではプレートＰの前後端近傍において粒子速度の大きな領域が広くなっており、スピーカＳからの音波の影響をカルマン渦に与えやすくなることがわかる。
【００７３】
上記共振防止装置・方法では、カルマン渦の発生位置から２台のスピーカ４ａ，４ｂまでの距離が等しく、また、２台のスピーカ４ａ，４ｂからは同振幅で逆位相の音波が出力される。しかし、対向する２台のスピーカからの音波を干渉させて、音波による粒子速度がカルマン渦発生位置において最大となるようにするには、必ずしもそのように等距離、同振幅、逆位相とする必要はない。例えば、図１の系において、プレート２１がもっと下方に配置されているような場合、すなわち、プレート２１からスピーカ４ｂまでの距離が、プレート２１からスピーカ４ａまでの距離よりも短くなるように配置されている場合であっても、音波による粒子速度がカルマン渦発生位置において最大となるように、スピーカ４ａ、４ｂからの音波を干渉させることもできる。つまり、両スピーカ４ａ，４ｂから出力させる音波の位相差を調整することによって、カルマン渦発生位置（すなわちプレート２１の後方の位置）において音圧が互いにうち消し合うようにすればよいのである。このように、対向する２台のスピーカの出力する音波の振幅や位相差を調整することによって、カルマン渦の発生位置から２台のスピーカまでの距離が等しくない場合においても、音波による粒子速度がカルマン渦発生位置において最大となるようにすることができる。
【００７４】
また、上記共振防止装置・方法では、スピーカ４ａ，４ｂを１台の増幅器１０で駆動するようにしたが、スピーカ４ａ用の増幅器とスピーカ４ｂ用の増幅器とを別個に用意してもよい。この場合、２台の増幅器への入力信号を逆位相として、それぞれの増幅器に対するスピーカの接続を両方とも正極性としてもよい。
【００７５】
なお、上記共振防止装置では、スピーカ４ａ，４ｂを対向して配置しているが、必ずしも複数のスピーカを対向配置する必要はない。要するに、カルマン渦発生位置において、スピーカからの音波による粒子の運動が生ずるようにすればよいのである。よって、複数のスピーカを同一の向きに配置してもよいし、一のスピーカのみを配置してもよい。
【００７６】
また、上記共振防止装置・方法では、検出した流速Ｕに応じて、スピーカ４ａ，４ｂから出力させる音波の周波数をｆ１とｆ５とに切り替えたり、ｆ６とｆ１０とに切り替えるようにしている。このように、スピーカ４ａ，４ｂから出力する音波の周波数を流速によって切り替えているのは、スピーカ４ａ，４ｂからの音波の周波数をよりカルマン渦がロックインしやすいものとするためである。
【００７７】
つまり、例えば図１、２の系において、流速Ｕがｕ２の値であるときには、流体中に何らの起振源がなければカルマン渦の周波数はｆ２になる。ｆ１はｆ５よりもｆ２に近いので、流速Ｕがｕ２の値であるときには、カルマン渦はｆ５よりもｆ１の起振源によりロックインされやすいのである。流速Ｕがｕ２であるときにカルマン渦の周波数をｆ５にロックインしようとすればスピーカ４ａ，４ｂからの出力を比較的大きくしなければならないが、ｆ１にロックインしようとするのであればスピーカ４ａ，４ｂからの出力は比較的小さくてすむ。
【００７８】
なお、スピーカ４ａ，４ｂからの音波の周波数を上記のように切り替えることなく、スピーカを動作させるべき全流速範囲において、一定の周波数の音波をスピーカから出力させるようにしてもよい。例えば図１、２の系において、検出した流速Ｕがｕ１以上かつｕ５以下となる全範囲で、スピーカ４ａ，４ｂからｆ１の周波数の音波を出力するようにしてもよい。ただし、流速Ｕがｕ５のときにもカルマン渦をｆ１の周波数にロックインさせることが必要となるので、スピーカ４ａ，４ｂから出力を比較的大きくする必要がある。
【００７９】
また、上記共振防止装置・方法では、流体中に流速センサーを設置し、このセンサーによって流体の流速を検知した。しかし、このように直接的に流速を検出するだけでなく、より間接的に検出してもよい。例えば、ある駆動源、例えばモータによって流体に流れを生じさせているのであれば、このモータに供給する電圧によって流体の流速は変化するはずである。このモータに供給する電圧を検知することによって間接的に流体の流速を検知してもよい。つまり、直接的に流速を検出しなくとも、流速と相関のある物理量を検出すればよいのである。
【００８０】
なお、上記の説明では、弾性振動波として音波を用いたが、プレートの固有振動周波数に応じて超音波等、可聴周波数以外の周波数の弾性振動波を用いても良い。
【００８１】
また、上記では、ダクト中にプレートが置かれる場合を説明したが、流体はダクトを流れるものに限られるものではない。例えば、地表面近傍を流れる空気に適用することもできる。また、流体中に置かれる物体はプレートに限定されるものではなく、カルマン渦を生じさせるものであればいかなるものであっても、本発明を適用することができる。例えば一端がダクトの内壁面に固定された柱状物であってもよい。なお、流体中に置かれる物体としては、これに限定されるのではないが、例えば整流板、スプリッタ型吸音板、温度計などがある。
【００８２】
また、上記共振防止装置・方法では、弾性振動波付与手段としてスピーカを用いたが、スピーカを音響管やヘルムホルツ共鳴器などの共鳴機構と組み合わせて用いても良い。かかる構成とすると、スピーカからの音波を共鳴させて、より強い音波を効率よく流体に与えることができる。
【００８３】
【発明の効果】
本発明は、以上に説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
（１）本願に係る共振防止装置・方法によると、流体中の物体近傍に大きな構造物を置くことなく、流体中の物体の共振を回避できる。よって、流体抵抗を生じないし、物体近傍に装置を設置することも容易である。
（２）検知された流速が、物体の固有振動周波数より小さい周波数のカルマン渦を発生させる流速である場合には、その固有振動周波数より小さい第１の周波数の弾性振動波を流体に与え、検知された流速が、物体の固有振動周波数より大きい周波数のカルマン渦を発生させる流速である場合には、その固有振動周波数より大きい第２の周波数の弾性振動波を流体に与えるようにすると、流体の流速に応じて、よりロックインしやすい周波数にカルマン渦の周波数を導くことができる。
（３）第１の弾性振動波付与要素によって発生する弾性振動波と第２の弾性振動波付与要素によって発生する弾性振動波とを、流体の粒子速度がカルマン渦の発生位置近傍において最大となるように干渉させると、弾性振動波の周波数にカルマン渦の周波数を確実にロックインさせることができる。
（４）弾性振動波付与手段が共鳴機構を有するように構成すると、共鳴の作用によって効率的に弾性振動波を流体に与えることができる。
（５）弾性振動波付与手段の外周に遮音機構を設けると、弾性振動波を外部に騒音として放出することを極力防止できる。
（６）流体中に発生したカルマン渦の周波数を検知して、その周波数が物体の固有振動周波数近傍の周波数である場合に、流体に与える弾性振動波の振幅を増加させるようにすると、確実にカルマン渦の周波数を弾性振動波の周波数にロックインさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る共振防止装置の構成を示す図であり、（ａ）はダクトの縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【図２】図１の共振防止装置の一部構成を示す斜観透視図である。
【図３】図１の共振防止装置の制御系統の構成を示す機能ブロック図である。
【図４】流体の流速とカルマン渦の周波数との関係を示す図である。
【図５】流体の流速とカルマン渦の周波数との関係を示す図である。
【図６】プレートの形状を示す斜視図である。
【図７】流体の流速とカルマン渦の周波数との関係を示す図である。
【図８】流体の流速とカルマン渦の周波数との関係を示す図である。
【図９】流体中にプレートを置きその流体にスピーカによって弾性振動波たる音波を与えたときの、流体の粒子速度のシミュレーション計算の結果を示す図であり、（ａ）は、上側のスピーカのみを駆動したときの結果を示す図であり、（ｂ）は上下のスピーカを同振幅逆位相で駆動したときの結果を示す図である。
【図１０】流体中の物体の共振を防止する従来の装置を示す図である。
【符号の説明】
１ ダクト
４ スピーカ対
４ａ、４ｂ スピーカ
５ 流速センサー
７ スピーカキャビネット
６ 制御装置
８ 演算処理器
９ 信号発生器
１０ 増幅器
２１、２２ プレート
Ｓ スピーカ
Ｐ プレート
Claims (9)
- 流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避するための共振防止装置であって、
弾性振動波を該流体に与える弾性振動波付与手段と、制御手段とを備え、
該制御手段は、該物体近傍の流体の流速を直接的に又は間接的に検知し、検知された流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与えるように該弾性振動波付与手段を駆動し、
該弾性振動波付与手段によって弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、
該制御手段は、検知された流速が、該物体の固有振動周波数より小さい周波数のカルマン渦を発生させる流速である場合は、該固有振動周波数より小さい第１の周波数の弾性振動波を流体に与えるように該弾性振動波付与手段を駆動し、検知された流速が、該物体の固有振動周波数より大きい周波数のカルマン渦を発生させる流速である場合は、該固有振動周波数より大きい第２の周波数の弾性振動波を流体に与えるように該弾性振動波付与手段を駆動する、共振防止装置。 - 流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避するための共振防止装置であって、
弾性振動波を該流体に与える弾性振動波付与手段と、制御手段とを備え、
該制御手段は、該物体近傍の流体の流速を直接的に又は間接的に検知し、検知された流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与えるように該弾性振動波付与手段を駆動し、
該弾性振動波付与手段によって弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、
該弾性振動波付与手段が、一の又は複数のスピーカで構成された、共振防止装置。 - 流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避するための共振防止装置であって、
弾性振動波を該流体に与える弾性振動波付与手段と、制御手段とを備え、
該制御手段は、該物体近傍の流体の流速を直接的に又は間接的に検知し、検知された流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与えるように該弾性振動波付与手段を駆動し、
該弾性振動波付与手段によって弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、
該弾性振動波付与手段が、対向して配置された第１の弾性振動波付与要素と第２の弾性振動波付与要素とで構成され、
該第１の弾性振動波付与要素によって発生する弾性振動波と該第２の弾性振動波付与要素によって発生する弾性振動波とが、該流体の粒子速度がカルマン渦の発生位置近傍において最大となるように干渉する、共振防止装置。 - 流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避するための共振防止装置であって、
弾性振動波を該流体に与える弾性振動波付与手段と、制御手段とを備え、
該制御手段は、該物体近傍の流体の流速を直接的に又は間接的に検知し、検知された流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与えるように該弾性 振動波付与手段を駆動し、
該弾性振動波付与手段によって弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、
該弾性振動波付与手段が共鳴機構を有する、共振防止装置。 - 流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避するための共振防止装置であって、
弾性振動波を該流体に与える弾性振動波付与手段と、制御手段とを備え、
該制御手段は、該物体近傍の流体の流速を直接的に又は間接的に検知し、検知された流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与えるように該弾性振動波付与手段を駆動し、
該弾性振動波付与手段によって弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、
該弾性振動波付与手段の外周に遮音機構を設けた、共振防止装置。 - 流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避するための共振防止装置であって、
弾性振動波を該流体に与える弾性振動波付与手段と、制御手段とを備え、
該制御手段は、該物体近傍の流体の流速を直接的に又は間接的に検知し、検知された流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与えるように該弾性振動波付与手段を駆動し、
該弾性振動波付与手段によって弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、
流体中に発生したカルマン渦の周波数を検知する検知手段を備え、
該制御手段は、該検知手段からの信号を受け、検知された周波数が該物体の固有振動周波数近傍の周波数である場合に、流体に与える弾性振動波の振幅を増加させるように該弾性振動波付与手段を駆動する、共振防止装置。 - 流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避する共振防止方法であって、
該物体近傍の流体の流速を直接的又は間接的に検知し、該検知した流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与え、
該弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、
該検知された流速が、該物体の固有振動周波数より小さい周波数のカルマン渦を発生させる流速である場合は、該固有振動周波数より小さい第１の周波数の弾性振動波を流体に与え、検知された流速が、該物体の固有振動周波数より大きい周波数のカルマン渦を発生させる流速である場合は、該固有振動周波数より大きい第２の周波数の弾性振動波を流体に与える、共振防止方法。 - 流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避する共振防止方法であって、
該物体近傍の流体の流速を直接的又は間接的に検知し、該検知した流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与え、
該弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、
対向して配置された第１の弾性振動波付与要素と第２の弾性振動波付与要素とによって該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与え、
該第１の弾性振動波付与要素によって発生する弾性振動波と該第２の弾性振動波付与要素によって発生する弾性振動波とが、該流体の粒子速度がカルマン渦の発生位置近傍において最大となるように干渉する、共振防止方法。 - 流体中に置かれた物体と該物体の下流に生ずるカルマン渦との共振を回避する共振防止方法であって、
該物体近傍の流体の流速を直接的又は間接的に検知し、該検知した流速で発生するカルマン渦の周波数が該物体を該物体の固有振動周波数で共振させる励振周波数であるとき、該励振周波数以外の周波数の弾性振動波を該流体に与え、
該弾性振動波を該流体に与えることにより、カルマン渦の周波数を該弾性振動波の周波数にロックインさせ、
流体中に発生したカルマン渦の周波数を検知し、検知された周波数が該物体の固有振動周波数近傍の周波数である場合に、流体に与える弾性振動波の振幅を増加させる、共振防止方法。
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