JP7191520B2 - 相互干渉粒子を使用した風洞試験装置及び方法並びに相互干渉粒子を使用した風洞試験プログラムを記録した記録媒体 - Google Patents
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Description
風洞試験を実施する装置の確保や試験を行う模型を作成しなければならない欠点がある。
シミュレーションを実施するには専門知識を持つ人材の確保や分析費用が発生する欠点がある。このような欠点があることで、製品を作成する企画段階で、コンセプトデザインを基に風洞試験を実施しながらデザイン変更を行うことが難しいという問題点があった。
「実施例1」は、コンピューターの仮想空間へ2次元の風洞試験装置を作成し、2次元空間の風洞試験を実施する風洞試験装置について記載する。
風洞試験装置は空気の流れを発生させて、風洞試験を実施するが、本発明は、コンピューターの仮想空間へ風洞を作成し、風洞内部を流れる流体の代わりに複数の粒子(以後、この粒子を「相互干渉粒子」と呼ぶ)により流体を定義する。
図1は相互干渉粒子を使用した風洞試験装置の構成要素を示した図であって、風洞試験を行う形状を表現した風洞試験模型のデータを入力する「データ入力部2」と流体の流れを計算する「相互干渉粒子の計算部3」と風洞試験模型の形状を表示し、「相互干渉粒子の計算部3」で計算した相互干渉粒子の移動結果を表示する「風洞試験の表示部4」から構成される。
「図2の5」は模型全体を示している。
「図2の6」は模型の断面を斜線で示し、「図2の5」は全て「図2の6」で示した断面と同じ断面を有している。
「図2の7」は「図2の5」で示す模型の長さを示し、「図2の7」は無限の長さとした場合、代表断面での流体の流れを全体の流体の流れとすると仮定して実施するのが2次元空間の風洞試験である。
2次元空間の風洞試験装置であるので、「図2の6」で示す断面を風洞試験を行う形状を表現した風洞試験模型とすることができる。
風洞試験を行う形状を表現した風洞試験模型は「図2の6」で示す断面であればよいので、風洞試験を行う形状を表現した風洞試験模型として模型の断面を表現した画像データを風洞試験模型とすることができる。
以後の説明では、「風洞試験を行う形状を表現した風洞試験模型として模型の断面を表現した画像データ」を「風洞模型」と呼ぶ。
画像データをコンピューターの記憶メモリへ保存する。
画像で定義された風洞模型はXY平面へ定義しているので、風洞模型を構成するピクセルはXY平面の座標値として定義できる。
「図4の8」は「図3の8」と同一であり風洞模型を示している。「図4のPn」は風洞模型8を構成するピクセルの1ピクセルを示している。風洞模型はXY平面に定義されているので、「図4のPn」は座標値(Xn,Yn)で示すことができる。
風洞模型の形状定義は、「図1の2」の「データ入力部」でマウスなどの座標入力装置により座標値を入力して風洞模型を定義しても良い。
「図5の9」と「図5の10」は質量を持つ粒子で、
「図5の11」は、粒子9と粒子10の距離を示している。
「図5の12」は粒子9に働く引力であり、
「図5の13」は粒子10に働く引力を示し、
同じ大きさの力が反対向きに引き付ける力が働いている。
粒子9の質量をMとし、
粒子10の質量をmとし、
粒子間の距離をrとすると、
粒子間に働く引力Fは、下記の数式1によって求まるということが数学的にすでにわかっている。
q=6、
p=12
とした計算を実施するのが一般的である。pとqは計算モデルにより選択した数値を用いることができる。
レナード=ジョーンズ・ポテンシャルの式から引力と斥力は距離のn乗(nは整数)に反比例することが分かっている。
「図6の14」と「図6の15」は相互干渉粒子を示し、「図6の16」は相互干渉粒子14と相互干渉粒子15の間の距離を示している。「図6の17」は、相互干渉粒子14が相互干渉粒子15から受ける引き付ける力(以後、「引き付け力」と呼ぶ)を示し、「図6の18」は、相互干渉粒子14は相互干渉粒子15から反発する力(以後、「斥力」と呼ぶ)を示している。
相互干渉粒子は「引き付け力」と「斥力」を受けると定義する。相互干渉粒子は、流体を構成する気体や液体の分子の代わりに使用し、相互干渉粒子により流体を定義する仮想粒子である。相互干渉粒子は分子よりも大きく、分子間距離よりも十分離れている粒子として定義する。
以後、相互干渉粒子と他の相互干渉粒子との間に働く力を「相互干渉粒子力」と呼ぶ。
相互干渉粒子力を、下記の数式3により定義する。
「引き付け力」の大きさに影響を与える。「引き付け力」と「斥力」の影響は次数tと次数sにより決定されるので、次数tと次数sの値を選択することで相互干渉粒子の相互干渉粒子力が影響する性質を変更することができる。
本実施例では、相互干渉粒子は分子よりも大きく、分子間距離よりも十分離れている粒子として定義するので、数式3において、s=4としt=2として計算する。
下記に示す数式4は、
数式3のs=4とし
数式3のt=2とした
数式を示している。
「斥力」は相互干渉粒子間距離(L)の4乗に反比例すると定義する。
距離(L)が大きくなると「斥力」と「引き付け力」はゼロに近い値となる。
本実施例では、相互干渉粒力を効率的に計算を実施するために、
「斥力」と「引き付け力」が十分にゼロに近くなる値となった場合はゼロとみなして計算を省略する。
「図7の19」は相互干渉粒子を示し、半径R1の大きさがある。
「図7の20」は、「斥力」が十分ゼロに近づき「斥力」の値を無視できる境界線を示し、
「図7の20」は、相互干渉粒子19の中心から半径R2の大きさの領域がある。
以後、「図7の20」の領域を「斥力有効領域」と呼ぶ。
「図7の21」は、引き付けが十分ゼロに近づき「引き付け力」の値を無視できる境界線を示し、「図7の21」は、相互干渉粒子19の中心から半径R3の大きさの領域がある。
以後、「図7の21」の領域を「引き付け力有効領域」と呼ぶ。
「斥力有効領域」へ他の相互干渉粒子の中心が存在する場合のみ「斥力」を計算し、
「引き付け力有効領域」へ他の相互干渉粒子の中心が存在する場合のみ「引き付け力」の計算を実施する。
「図8の22」は相互干渉粒子を示し、相互干渉粒子22へ働く力の成分ベクトルを示している。
「図8のF1」は、X軸の正方向のベクトル成分であり、
「図8のF2」は、X軸の負方向のベクトル成分であり、
「図8のF3」は、Y軸の正方向のベクトル成分であり、
「図8のF4」は、Y軸の負方向のベクトル成分である。
相互干渉粒子へ働く力は、X軸とY軸方向のベクトル成分へ分解して表現し、ベクトル成分の合成ベクトルを計算することで相互干渉粒子の移動方向と単位時間当たりの移動距離を計算できる。
F2へ一定の力が加わるように設定すると、流体の粘性を表現し、F4へ一定の力が加わるように設定すると、重力による力を表現することができる。
「図9の23」は、図1の「相互干渉粒子の計算部3」へ定義した風洞であり、コンピューターのメモリー空間のXY平面へ定義した風洞を示している。
風洞23は、X軸と平行な線とY軸と平行な線により細かく正方形に区切られている。
「図9の24」は、細かく区切られた正方形の1つを示し、コンピューターのディスプレイの1ピクセルに相当する。
「図9のP1」は、「図4のPn」を図9の風洞23のXY平面へ定義した状態を示し、図4のXY平面座標を図9のXY平面座標へ移行することで、図4のPn(Xn,Yn)の値を図9のP1(X1,Y1)と設定する。
図4に示された画像データの全てのピクセルに対して対応する図9の座標へ値を設定することで図4で定義されている風洞模型を図9の風洞23へ定義することができる。
流体圧力は、例えば、流体が空気であれば気圧に相当する。
「図10の27と28と29と30と31と32と33と34と35」は相互干渉粒子を示し、全ての相互干渉粒子はX軸方向とY軸方向が等間隔になるように配置され、全て相互干渉粒子は同じ「斥力」と同じ「引き付け力」がある。
「図10の25」は、相互干渉粒子31の「斥力有効領域」を示し、
「図10の26」は、相互干渉粒子31の「引き付け力有効領域」を示している。
相互干渉粒子31は「斥力有効領域」と「引き付け力有効領域」にある相互干渉粒子から図6と数式4で示した相互干渉粒子力を受ける。
「図10のF1とF2とF3とF4」は、相互干渉粒子31へ働く相互干渉粒子力のベクトル成分を示している。
「図10のF1」は、相互干渉粒子27と28と29と30と31と32と33と34と35から受ける相互干渉粒子力のX軸正方向のベクトル成分を示し、
「図10のF2」は、相互干渉粒子27と28と29と30と31と32と33と34と35から受ける相互干渉粒子力のX軸負方向のベクトル成分を示し、
「図10のF3」は、相互干渉粒子27と28と29と30と31と32と33と34と35から受ける相互干渉粒子力のY軸正方向のベクトル成分を示し、
「図10のF4」は、相互干渉粒子27と28と29と30と31と32と33と34と35から受ける相互干渉粒子力のY軸負方向のベクトル成分を示している。
図10のように、相互干渉粒子を等間隔に配置した場合、相互干渉粒子31へ働く相互干渉粒子力のベクトル成分は全て同じ大きさとなる。
図10に於いて、相互干渉粒子31へ働く「斥力」が「引き付け力」よりも大きいと仮定すると相互干渉粒子31へ働くベクトルの向きは、相互干渉粒子31の中心へ向かう方向を取り、力が均衡し、図10のF1とF2とF3とF4の合成ベクトルはゼロとなる。
図10は、相互干渉粒子31へ周囲の相互干渉粒子から圧力を受けているが、相互干渉粒子31は静止している状態を示している。
「図11の36」は、コンピューターのメモリー空間へ定義した風洞を示している。
「図11の37」は、風洞を満たしている円形で示されている相互干渉粒子の1つを示していている。「図11の38」は「斥力有効領域」であり、「図11の39」は「引き付け力有効領域」である。
「図11の40」は、相互干渉粒子37を中心とした六角形を示し、六角形の各頂点へ他の相互干渉粒子が存在している。
「図11の41と42」は、相互干渉粒子であり、相互干渉粒子41を中心として六角形の頂点に相互干渉粒子42が存在する。互干渉粒子42を中心として六角形の頂点頂点に相互干渉粒子41が存在する。
図11に示した相互干渉粒子は、同じ大きさの六角形の中心に存在し、六角形の各頂点に他の互干渉粒子が存在する構造になっている。この構造は、相互干渉粒子へ働く力が均衡している状態になっている。
図11は相互干渉粒子による流体の安定した構造を示している。図11は、風洞内に相互干渉粒子により満たされ、全ての相互干渉粒子の「斥力」と「引き付け力」が均衡している状態を示し、「斥力有効領域」内に近接する相互干渉粒子が存在しているので、図11で示した風洞は、相互干渉粒子で構成された流体により圧力を生じ、全ての相互干渉粒子が静止して平衡状態にあることを示している。
数式5に於いて、物体の質量mを1とした場合、力は単位時間当たりの物体の移動距離と等しくなる。
以後の説明に於いて、相互干渉粒子の質量を1とし、相互干渉粒子へ働く力のベクトルを矢印で記載し、矢印の長さが相互干渉粒子の単位時間当たりの移動距離を示し、矢印の方向を相互干渉粒子の移動方向として記載する。
図12は、図11と同じ図であり、
「図12の36」と「図11の36」は同一であり、
「図12の37」と「図11の37」は同一である。
図11と図12の異なる条件は、図12に示す円形で示した全ての相互干渉粒子に対し、X軸と平衡の力「図12の43」が初期値として与えられていることである。
以後、「図12の43」に示す相互干渉粒子に働くベクトルを移動ベクトルと呼ぶ。
図12に於いて、
全ての相互干渉粒子へ働く「斥力」と「引き付け力」は均衡していて、移動ベクトル43が与えられているので、
全ての相互干渉粒子は、移動ベクトル43の矢印の方向へ矢印の大きさだけ移動する。
斜線で示した「図12の44」は、風洞36へ流体が流れ込む入り口を示し、
斜線で示した「図12の45」は、風洞36から流体が流れ出る出口を示している。
「図13の36」と「図12の36」は同一であり、
「図13の44」と「図12の44」は同一であり、
「図13の45」と「図12の45」は同一である。
相互干渉粒子が移動すると、「図12の44」の領域に相互干渉粒子が存在しない状態になる。入り口44の領域へ相互干渉粒子を定義することで、図11で示した六角構造を作る条件が成立した場合に入り口44へ新しい相互干渉粒子を定義する。
「図13の44」の領域内の破線で示した円形(例えば46)は、新しく相互干渉粒子を定義する位置を示している。
相互干渉粒子が出口45へ移動した場合(例えば相互干渉粒子47)、出口45の領域内にある全ての相互干渉粒子をメモリー空間から削除する。
入り口44での相互干渉粒子の生成と相互干渉粒子の移動と出口45での相互干渉粒子の削除を繰り返すことで、入り口44から出口45へ流れる相互干渉粒子による整流を作ることができる。
「図14の48」は「図9の23」の風洞を示している。
「図14の49」は「図4の8」の画像による風洞模型を示している。
図14は、風洞模型49をXY平面へ定義した風洞48のピクセル座標と重ね、風洞模型49をXY平面座標で表現するために、XY平面へ風洞模型49を重ねた状態を示している。
「図15の48」は「図14の48」と同一である。
「図15の50」は「図14の49」を風洞48のピクセルにより定義した風洞模型を示している。
「図16の50」は「図15の50」と同一であり、
図16は、図15へ「図16の51」の相互干渉粒子を加えた状態を示している。
図16は、相互干渉粒子を51が風洞模型50と接触している状態を示している。
以後、メモリー空間へ定義した風洞について、
「相互干渉粒子」を黒塗りの円で示し、
「風洞模型の1ピクセル」を黒塗りの四角形で示し、
「何も定義されていないメモリー」を白塗りの四角形で示す。
図17は図16の相互干渉粒子と風洞模型が衝突している箇所を拡大表示したものである。本実施例では、相互干渉粒子は風洞模型から「斥力」と「引き付け力」を受けないとして説明する。通常、流体が物体に衝突した場合、衝突面の傾斜に従って流体は進む方向が変更される。物体の傾斜は角度計算が必要であり、斜面の傾斜が明確になっている必要がある。流体が進行方向と直交した面と衝突した場合や進行方向を軸として、進行方向を軸に対称の形状である場合は、傾斜角度により流体の進む方向を決定することができない場合が存在する。
図17の相互干渉粒子52は、周囲の相互干渉粒子の干渉を受けてた結果として、X軸と平行に移動し、P2で風洞模型53と衝突している。この場合、P2と接触している風洞模型はP2の進行方向と直交する面であるため、風洞模型の傾斜によりP2の進行方向を変更する計算を行えない状態にある。
相互干渉粒子P2のXY平面での座標値は(X2,Y2)である。
P2は、X軸と平行に移動しているので、P2が風洞模型53へ与える抵抗は、風洞模型53の断面積により決定でき、断面は、Y軸と平行な面である。
図17に於いて、
「図17の直交線A」は、P2´(X2+1,Y2)を通り、相互干渉粒子P2が移動する直線と直交する線を示している。「図17の直交線B」は、P2´´(X2+2,Y2)を通り、相互干渉粒子P2が移動する直線と直交する線を示している。
「図17の54」は、交点P2´(X2+1,Y2)からY軸正方向の風洞模型の境界までの距離を示し、「図17の55」は、交点P2´(X2+1,Y2)からY軸負方向の風洞模型の境界までの距離を示している。風洞53の厚みが一定とすると、「図17の54」と「図17の55」で示される距離は断面と比例するので、
「図17の54」と「図17の55」の距離の長さは、風洞53を直交線Aにより切断された断面と比例する。「図17の54」は「図17の55」よりも距離が短い。従って、相互干渉粒子P2は抵抗が小さい「図17の56」で示した矢印の方向へ移動すると決定できる。
「図17の54」と「図17の55」の距離の長さが同じ場合は、P2´´(X2+2,Y2)を通る直交線BについてY軸方向の風洞模型の境界までの距離を比較する。nを正整数とし、座標(X2+n,Y2)を原点とし、原点を中心としてY軸の正方向とY軸の負方向の風洞模型の境界までの距離を比較し、距離が小さい方向へ相互干渉粒子が移動すると決定する。
全ての断面が同じで、断面の大きさに差が生じない場合は、コンピューターの1桁の乱数発生機能を使用し、偶数であればY軸の正方向へ移動し、奇数であればY軸の負方向へ移動すると決定する。
図18は図17と同じ状態を示し、
「図18の53」と「図17の53」は同一であり、
「図18の56」と「図17の56」は同一であり、
「図18のP2」と「図17のP2」は同一である。
「図18の57」は相互干渉粒子P2へ働いている移動ベクトルを示している。
図18に於いて、相互干渉粒子P2はXY座標値(X2,Y2)にあり、風洞模型53と衝突している。
図17の説明から、図18の相互干渉粒子P2は矢印56の方向へ移動方向を変更する。
相互干渉粒子P2は、風洞模型53から「斥力」と「引き付け力」を受けないので、風洞模型53の形状に沿って移動すると定義する。
「図18の58」は、「図9の24」で示した風洞を定義している1ピクセルの辺の長さを示し、「図18の59」は、風洞を定義している1ピクセルの対角線の長さを示している。風洞を定義しているピクセルは風洞や風洞模型に対して十分小さい大きさであるので、数学的な考察に従い、「図18の58」と「図18の59」の長さは、同じ程度の長さとして考えてもよい。
相互干渉粒子P2は、移動ベクトル57で移動する。相互干渉粒子P2は、風洞模型53と接していなければ、(X2+2,Y2)へ進むことになり、相互干渉粒子P2は2ピクセルの距離を移動する。
風洞模型53が存在するため、風洞模型53の形状に沿って2ピクセルの分の距離を移動するので、相互干渉粒子P2は(X2+2,Y2+2)の座標へ移動すると決定する。
「図18の60」は、相互干渉粒子P2が移動したベクトルを示し、
「相互干渉粒子P2´」の移動ベクトルとなると決定する。
「図19の61」は相互干渉粒子P3へ働いている移動ベクトルを示している。
図19に於いて、相互干渉粒子P3はXY座標値(X3,Y3)にあり、風洞模型64と衝突している。
相互干渉粒子P3は、移動ベクトル61で移動する。相互干渉粒子P3は、風洞模型64と接していなければ、(X3+2,Y3)へ進むことになり、相互干渉粒子P3は2ピクセルの距離を移動する。
風洞模型64が存在するため、風洞模型64の形状に沿って2ピクセルの分の距離を移動するので、移動経路62と移動経路63を経て、相互干渉粒子P3は(X3+1,Y3+2)の座標へ移動すると決定する。
「図19の65」は、相互干渉粒子P3が移動したベクトルを示し、
「相互干渉粒子P3´」の移動ベクトルとなると決定する。
「図20の66」は相互干渉粒子P4へ働いている移動ベクトルを示している。
図20に於いて、
相互干渉粒子P4はXY座標値(X4,Y4)にあり、風洞模型69と衝突している。相互干渉粒子P4は、移動ベクトル66で移動する。相互干渉粒子P4は、風洞模型69と接していなければ、(X4+2,Y4)へ進むことになり、相互干渉粒子P4は2ピクセルの距離を移動する。
風洞模型69が存在するため、風洞模型69の形状に沿って2ピクセルの分の距離を移動するので、移動経路67と移動経路68を経て、相互干渉粒子P4は(X4,Y4+2)の座標へ移動すると決定する。
「図20の70」は、相互干渉粒子P4が移動したベクトルを示し、
「相互干渉粒子P4´」の移動ベクトルとなると決定する。
「図21のP5」は相互干渉粒子であり、座標(X5,Y5)であることを示している。
「図21の71」は、相互干渉粒子P5の移動ベクトルのX軸成分ベクトルを示し、
「図21の72」は、相互干渉粒子P5の移動ベクトルのY軸成分ベクトルを示している。
「図21の73」は、相互干渉粒子P5の移動経路を示し、相互干渉粒子P5の移動ベクトルを同じであることを示している。
「図21の74」は、風洞模型を示している。
移動経路73は、風洞模型と衝突しないので、移動ベクトルのX軸成分ベクトルとY軸成分ベクトルの合成したベクトルと一致している。
Y軸成分ベクトル72は、相互干渉粒子P5の周囲にある相互干渉粒子からの「斥力」と「引き付け力」に決定される。相互干渉粒子P5は、P5´(X5+4,Y5-1)へ移動すると決定する。
「図21の73」は、相互干渉粒子P5が移動したベクトルを示し、
「相互干渉粒子P5´」の移動ベクトルとなると決定する。
「相互干渉粒子P5´」は、風洞模型74から離れた状態にあり、流体が風洞模型から剥離した状態を示している。
「図22の75と76」は相互干渉粒子を示し、
「図22の77」は相互干渉粒子75の移動ベクトルを示している。
「図22の78」は、相互干渉粒子76が相互干渉粒子75へ与えている「斥力」と「引き付け力」により働いている相互干渉粒子力のベクトルを示し、
「図22の79」は、相互干渉粒子力ベクトル78のY軸方向の成分ベクトルを示している。
説明を簡略化するため、相互干渉粒子75が相互干渉粒子76以外の相互干渉粒子から力が働いていないとする。「図22の80」は、相互干渉粒子75へ働くベクトル77とベクトル79の合成ベクトルとなる。「図22の75´」は、相互干渉粒子75が合成ベクトル80により移動した状態を示している。
相互干渉粒子は、「斥力有効領域」と「引き付け力有効領域」の内部にある他の相互干渉粒子から受ける力をベクトル合成することで、移動先の座標を決定することができる。
合成ベクトル80は、「相互干渉粒子75´」の移動ベクトルとなると決定する。
移動ベクトルの大きさや方向により、周囲の相互干渉粒子から受ける力の大きさや方向により相互干渉粒子により作られる流体に乱れを生み出し、相互干渉粒子による乱流や停滞流や回転流を生み出す。
「図23の81」は、コンピューターのメモリー空間へ上記説明の風洞を示し、
「図23の82」は風洞模型を示している。
風洞81の内部にあるドット(例えば83で示されたドット)は相互干渉粒子を示している。図23は、コンピューターのメモリー空間へ風洞81を作成し、風洞内部へ相互干渉粒子により流体を定義し、風洞模型82の風洞試験を実施し、時間と共に相互干渉粒子が風洞内部を流れている様子を表示した一例である。
「図24の81」は「図23の81」と同一であり、
「図24の82」は「図23の82」と同一である。
図24は、図23で示した風洞試験を実施しながら、「図24の84」の自由曲線を座標入力装置のマウスを使用して、風洞座標を入力し自由曲線を風洞模型の一部として追加した状態を示している。追加した自由曲線84は、風洞模型82の追加した風洞模型の境界線として定義したことになり、相互干渉粒子は、自由曲線84を含む風洞模型に対して、相互干渉粒子による流体の流れが変化することで風洞試験を実施し、時間と共に相互干渉粒子が風洞内部を流れている様子を表示した一例である。自由曲線の代わりに、直線や曲線や四角形などの図形により風洞模型の形状を変更しても良い。
本風洞試験装置は、風洞試験を実施しながら風洞模型の形状を変更することで、形状の変更に伴う流体の流れを時間変化と共に観察できる特徴がある。
「図25のS1」は、コンピューターのメモリー空間へ風洞を定義するメモリーを確保する。「図25のS2」で、風洞試験を実施する風洞模型となる画像データを入力する。
「図25のD1」は、外部記憶装置で、「図25のD2」は、マウスなどの座標入力装置である。入力する画像データは、「図25のD1」で保管されている画像データファイルを読み込む。或いは、「図25のD2」の座標入力装置により風洞模型の形状を座標値として入力して風洞模型の形状を入力してもよい。
「図25のS4」は、風洞試験を実施中に風洞模型の形状変更を実施するかを判断する。
「図25のS5」は、風洞試験を実施中に風洞模型の形状変更する場合に、座標入力装置D2から座標値を読み込む。
「図25のS6」は、S5で読み込んだ座標値を使用して風洞模型の形状を変更する。
「図25のS7」は、「図12の44」で示した領域に相互干渉粒子を定義する空き領域が存在するかを判断する。空き領域が存在する場合は、「図25のS8」で、メモリー空間へ定義した風洞へ相互干渉粒子を定義する。
「図25のS10」は、メモリー空間の風洞のXY平面において、S9で決定した相互干渉粒子の移動先へ相互干渉粒子を移動させる。
「図25のS11」は、S10で相互干渉粒子が移動することでメモリー空間の風洞の外へ移動するかを判断する。
「図25のS12」は、相互干渉粒子がメモリー空間の風洞の外へ移動する相互干渉粒子が存在する場合、メモリー空間の風洞の外へ移動する相互干渉粒子を削除する。
「図25のS13」は、メモリー空間のXY平面に定義した風洞に定義した風洞模型と相互干渉粒子の座標を使用して、表示装置へ表示する。
図26は「XYZ空間における相互干渉粒子の構造説明」を示した図である。
図26は、実施例1の図7で示した相互干渉粒子構造を3次元へ定義するための構造を示している。
「図26の85」は球体で定義した相互干渉粒子を示し、「図26の86」は相互干渉粒子85の「斥力有効領域」を球体として定義した状態を示し、「図26の87」は相互干渉粒子85の「引き付け力有効領域」を球体として定義した状態を示している。
図27は、実施例1の図8で示した相互干渉粒子へ作用する力の2次元空間のベクトル成分を3次元空間へ拡張したベクトル成分を示している。
「図27の88」は、3次元空間における相互干渉粒子を示し、
「図27のF1」は、「図8のF1」と同一であり、X軸の正方向のベクトル成分であり、
「図27のF2」は、「図8のF2」と同一であり、X軸の負方向のベクトル成分であり、
「図27のF3」は、「図8のF3」と同一であり、Y軸の正方向のベクトル成分であり、
「図27のF4」は、「図8のF4」と同一であり、Y軸の負方向のベクトル成分であり、
「図27のF5」は、Z軸の正方向のベクトル成分であり、
「図27のF6」は、Z軸の負方向のベクトル成分である。
相互干渉粒子へ働く力は、X軸方向とY軸方向とZ軸方向のベクトル成分へ分解して表現し、3次元ベクトル成分の合成ベクトルを計算することで相互干渉粒子の移動方向と単位時間当たりの移動距離を計算できる。
「図28の89」は、XYZメモリー空間へ定義した立方体の風洞を示している。
「図28の90」は、細かく区切られた立方体の1つを示し、風洞模型を定義する3次元立方体ピクセルを示している。
「図28のP6」は、座標(X6,Y6,Z6)で示した3次元立方体ピクセルを示し、
P6(X6,Y6,Z6)は、3次元グラフィックスの計算方法である投影図を投影面へ作成することでコンピューターのディスプレイへ表示することができる。3次元グラフィックスの計算方法は、数学的に分かっている。
図29は何も定義されていない3次元立方体ピクセルの表示を省略した図であり、
「図29の91」は、3次元立方体ピクセルにより風洞模型を定義した状態を示している。
「図29の92」は、相互干渉粒子を示し、風洞模型と衝突している状態を示している。
風洞模型は、実施例1の図15で示した画像データをZ軸方向へ複数重ねて定義することで立体の風洞模型を定義できる。風洞模型は、XYZ座標値を入力し、風洞模型として3次元立方体ピクセルを風洞データとして定義することで立体の風洞模型を定義することができる。
図30は、実施例1の図17で示した風洞模型へ衝突した相互干渉粒子の移動経路の決定方法を3次元の風洞模型での相互干渉粒子の移動経路の決定方法へ拡張した状態を示している。
「図30の95」は、「図29の92」を通るXY断面図を示している。
「図30の93」は、図29の相互干渉粒子92の断面を示し、X軸と平行でX軸の正方向へ移動している。
「図30の94」は、図29の風洞模型91の断面を示している。
実施例1では、相互干渉粒子が風洞模型と衝突した場合、相互干渉粒子が進行方向と直交する風洞模型断面について、相互干渉粒子が風洞模型と衝突した点を中心として、不均一となる断面の小さい方向へ相互干渉粒子が移動すると定義した。
図30に於いて、相互干渉粒子93の座標を(X7,Y7,Z7)とすると、
「図30の96」は、(X7+1,Y7,Z7)を通るYZ断面で、以後の説明でC断面とし、「図30の98」は、(X7+2,Y7,Z7)を通るYZ断面で、以後の説明でD断面とする。
相互干渉粒子93は、風洞模型と座標(X7,Y7,Z7)で衝突する。
相互干渉粒子93の進行方向と直交する風洞模型の断面は2次元平面のC断面となる。
「図30の97」は、相互干渉粒子92と風洞模型との衝突点を示している。
衝突点を通る直線で、衝突点を中心として不均一となる風洞模型の境界線までの距離が小さい方向へ相互干渉粒子が移動方向すると定義する。
C断面は、衝突点97を中心として対称で、衝突点から風洞模型の境界線までの距離が同じになる。
この場合、実施例1と同様に、相互干渉粒子が進む方向へ1つシフトし、D断面の衝突点から風洞模型の境界線までの距離が不均一を調べる。
「図30の98」D断面を示したYZ断面を示している。
「図30の99」は衝突点97を相互干渉粒子が進む方向へ1つシフトした衝突点を示している。
衝突点99を中心として、D断面の不均一となる風洞模型の境界線までの距離の内、最小となるのは、「図30の100」で示した矢印の方向である。
相互干渉粒子92は、方向100へ移動方向を変更すると決定する。
2 データ入力部
3 相互干渉粒子の計算部
4 風洞試験の表示部
5 同一断面を持つ模型
6 同一断面を持つ模型の断面
7 同一断面を持つ模型の長さ
8 同一断面を持つ模型の断面の画像
9 粒子9
10 粒子10
11 粒子間の距離
12 粒子9に働く引力
13 粒子10に働く引力
14 相互干渉粒子14
15 相互干渉粒子15
16 相互干渉粒子14と相互干渉粒子15との距離
17 相互干渉粒子14が相互干渉粒子15から受ける引き付ける力
18 相互干渉粒子14は相互干渉粒子15から反発する力
19 相互干渉粒子19
20 斥力有効領域
21 引き付け力有効領域
22 相互干渉粒子22
23 コンピューターのメモリー空間へ定義した風洞23
24 コンピューターのメモリー空間へ定義した風洞のピクセル
25 斥力有効領域
26 引き付け力有効領域
27 相互干渉粒子27
28 相互干渉粒子28
29 相互干渉粒子29
30 相互干渉粒子30
31 相互干渉粒子31
32 相互干渉粒子32
33 相互干渉粒子33
34 相互干渉粒子34
35 相互干渉粒子35
36 コンピューターのメモリー空間へ定義した風洞36
37 相互干渉粒子37
38 相互干渉粒子37の斥力有効領域
39 相互干渉粒子37の引き付け力有効領域
40 相互干渉粒子37の周囲に配置する相互干渉粒子の六角形配置
41 相互干渉粒子41
42 相互干渉粒子42
43 相互干渉粒子37の移動ベクトルの初期値
44 風洞36の流体入り口
45 風洞36の流体出口
46 相互干渉粒子46
47 相互干渉粒子47
48 コンピューターのメモリー空間へ定義した風洞48
49 風洞模型となる画像
50 メモリー空間の風洞へ定義した風洞模型
51 相互干渉粒子51
52 相互干渉粒子52
53 メモリー空間の風洞へ定義した風洞模型
54 風洞模型の断面54
55 風洞模型の断面55
56 相互干渉粒子が進路変更する方向
57 相互干渉粒子の移動ベクトル57
58 ピクセルの辺の長さ
59 ピクセルの対角線の長さ
60 相互干渉粒子が風洞へ衝突した後の移動ベクトル60
61 相互干渉粒子の移動ベクトル61
62 相互干渉粒子の移動経路62
63 相互干渉粒子の移動経路63
64 風洞模型64
65 相互干渉粒子が風洞へ衝突した後の移動ベクトル65
66 相互干渉粒子の移動ベクトル66
67 相互干渉粒子の移動経路67
68 相互干渉粒子の移動経路68
69 風洞模型69
70 相互干渉粒子が風洞へ衝突した後の移動ベクトル70
71 相互干渉粒子の移動ベクトルのX軸成分ベクトル71
72 相互干渉粒子の移動ベクトルのY軸成分ベクトル72
73 相互干渉粒子の移動経路73
74 風洞模型74
75 相互干渉粒子75
76 相互干渉粒子76
77 相互干渉粒子75の移動ベクトル
78 相互干渉粒子76が相互干渉粒子75へ与えている「斥力」と「引き付け力」により働いている力ベクトル
79 力ベクトル78のY軸方向の成分ベクトル
80 相互干渉粒子75へ働くベクトル77とベクトル79の合成ベクトル
81 コンピューターのメモリー空間へ定義した風洞
82 風洞模型82
83 相互干渉粒子
84 風洞模型の形状を変更した風洞模型の境界線
85 3次元空間で定義した球体の相互干渉粒子
86 3次元空間で定義した球体の相互干渉粒子85の斥力有効領域
87 3次元空間で定義した球体の相互干渉粒子85の引き付け力有効領域
88 3次元空間で定義した球体の相互干渉粒子
89 3次元空間で定義した風洞
90 3次元空間で定義した3次元立方体ピクセル
91 3次元空間で定義した風洞模型
92 3次元空間で定義した相互干渉粒子
93 相互干渉粒子
94 風洞模型
95 相互干渉粒子91と風洞模型90の衝突点を通るXY断面図
96 相互干渉粒子91と風洞模型90の衝突と接する風洞模型のYZ断面図
97 相互干渉粒子91と風洞模型90の衝突点
98 YZ断面図95をX軸の正方向へ1ピクセルシフトしたYZ断面図
99 衝突点96X軸の正方向へ1ピクセルシフトした衝突点
100 相互干渉粒子92の移動変更方向
Claims (4)
- 相互干渉粒子は
流体を構成する気体や液体の分子の代わりに使用し、相互干渉粒子により流体を定義する仮想粒子であって、
相互干渉粒子は分子よりも大きく、分子間距離よりも十分離れている粒子として定義し、
相互干渉粒子は
相互干渉粒子の大きさと
斥力有効領域と引き付け力有効領域を持ち、
斥力有効領域は相互干渉粒子の大きさよりも大きく、
引き付け力有効領域は斥力領域よりも大きい領域があり、
相互干渉粒子の大きさと斥力有効領域と引き付け力有効領域は相互干渉粒子の中心を円の中心とする同心円の構造を持ち、
斥力有効領域は、他の相互干渉粒子が斥力有効領域内部へ入ると他の相互干渉粒子と反発する力を発生させ、
引き付け力有効領域は、引き付け力有効領域の内部にある相互干渉粒子を引き付ける力を発生させ、
コンピューターのメモリー空間へ風洞を定義し、
画像データを風洞模型としてコンピューターのメモリー空間へ定義した風洞内へ定義し、
コンピューターのメモリー空間へ定義した風洞内を流れる流体を相互干渉粒子により定義し、風洞試験を実施することを特徴とする風洞試験装置。
- コンピューターのメモリー空間へ相互干渉粒子を定義し、
相互干渉粒子は
流体を構成する気体や液体の分子の代わりに使用し、相互干渉粒子により流体を定義する仮想粒子であって、
相互干渉粒子は分子よりも大きく、分子間距離よりも十分離れている粒子として定義し、
相互干渉粒子は
相互干渉粒子の大きさと斥力有効領域と引き付け力有効領域を持ち、
斥力有効領域は相互干渉粒子の大きさよりも大きく、
引き付け力有効領域は斥力有効領域よりも大きい領域があり、
相互干渉粒子の大きさと斥力有効領域と引き付け力有効領域は相互干渉粒子の中心を円の中心とする同心円の構造を持ち、
斥力有効領域は、他の相互干渉粒子が斥力有効領域内部へ入ると他の相互干渉粒子と反発
する力を発生させ、
引き付け力有効領域は、引き付け力有効領域の内部にある相互干渉粒子を引き付ける力を発生させる特徴を持つ相互干渉粒子により流体を定義することを特徴とする相互干渉粒子の構造。
- 相互干渉粒子は
流体を構成する気体や液体の分子の代わりに使用し、相互干渉粒子により流体を定義する仮想粒子であって、
相互干渉粒子は分子よりも大きく、分子間距離よりも十分離れている粒子として定義し、
相互干渉粒子は
球体で定義し、球体の斥力有効領域と球体の引き付け力有効領域を持ち、
斥力有効領域は相互干渉粒子の大きさよりも大きく、
引き付け力有効領域は斥力領域よりも大きい領域があり、
相互干渉粒子の大きさと斥力有効領域と引き付け力有効領域は、相互干渉粒子の中心を球の中心とする同心球の構造を持ち、
斥力有効領域は、他の相互干渉粒子が斥力有効領域内部へ入ると他の相互干渉粒子と反発する力を発生させ、
引き付け力有効領域は、引き付け力有効領域の内部にある相互干渉粒子を引き付ける力を発生させ、
コンピューターのメモリー空間へ風洞を定義し、
画像データを風洞模型としてコンピューターのメモリー空間へ定義した風洞内へ定義し、
コンピューターのメモリー空間へ定義した風洞内を流れる流体を相互干渉粒子により定義し、風洞試験を実施することを特徴とする風洞試験装置。
- コンピューターのメモリー空間へ相互干渉粒子を定義し、
相互干渉粒子は
流体を構成する気体や液体の分子の代わりに使用し、相互干渉粒子により流体を定義する仮想粒子であって、
相互干渉粒子は分子よりも大きく、分子間距離よりも十分離れている粒子として定義し、
相互干渉粒子は
球体で定義し、球体の斥力有効領域と球体の引き付け力有効領域を持ち、
斥力有効領域は相互干渉粒子の大きさよりも大きく、
引き付け力有効領域は斥力有効領域よりも大きい領域があり、
相互干渉粒子の大きさと斥力有効領域と引き付け力有効領域は、相互干渉粒子の中心を球の中心とする同心球の構造を持ち、
斥力有効領域は、他の相互干渉粒子が斥力有効領域内部へ入ると他の相互干渉粒子と反発
する力を発生させ、
引き付け力有効領域は、引き付け力有効領域の内部にある相互干渉粒子を引き付ける力を発生させる特徴を持つ相互干渉粒子により流体を定義することを特徴とする相互干渉粒子の構造。
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古浦勝久,希薄気体数値風洞,可視化情報学会誌,日本,可視化情報学会,1990年10月,10巻, 39号,p. 251-255,DOI: https://doi.org/10.3154/jvs.10.251 |
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