JPH01122784A - 非流線形のベース部を有する物体及び陸上車輌 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はベース抗力を低減することに係る。

従来の技術 抗力は粘性効果、特に流体の剥離により生じる泡や剥離
領域（即ち低圧のウェーク）により誘発される表面摩擦
や表面圧力変化に起因して生じる。

剥離領域は境界層が二次元又は三次元的に物体の表面よ
り離れる場合に生じる。切立った形状、即ち非流線形の
物体は、その物体の周りの流体の流れ中に於ける下流側
の圧力勾配を急激に増大させる形状を有し、このことに
より流体バルクが物体の表面より離れて流れるようにな
る。かかる現象は自動車、トラクタトレーラ、非流線形
の端面を有する飛翔体の如く非流線形の端面を有する物
体の場合に特に生じやすい。かかる物体が空気中を移動
する際にそれらの背後に形成される剥離泡は高いベース
抗力を発生する。

航空機の翼、船の舵やセール、ガスタービンエンジンの
ロータブレードやステータベーンの如きエーロフオイル
状物体は、適度の仰角（約１５＠未満）に於てはその全
面に亙り境界層が流れ方向に二次元的に剥離するこを回
避する流線形を有している。仰角が比較的高くなると（
或いは負荷が増大すると）、流体の剥離が発生し、再循
環の流れ領域、即ち低圧ウェークが発生し、これにより
抗力が大きく増大し、また揚力が大きく減少する。

本明細書に於て、「境界層が流れ方向に二次元的に剥離
する」とは、流体バルクが物体の表面より離れた状態に
なり、その結果物体の表面近傍に流体バルクの流れ方向
とは逆方向に移動する流れが生じることを意味する。

流動する流体中に配置された物体に於ける抗力を低減し
、その揚力及び失速特性（若しあれば）を改善すること
が従来より空気力学の一つの目標であった。エーロフォ
イル（又は他の流線形の物体）に於ける境界層の剥離を
回避し、又は抗力を最小限に抑えるべく、境界層の剥離
がエーロフオイルの表面に沿ってできるだけ下流側の位
置に於て生じるよう少なくとも境界層の剥離を遅延させ
る一つの共通の方法は、例えば流体バルクの流れ方向に
見てエーロフオイルの長さに沿う表面形状を調整するこ
とにより、下流側方向に沿う圧力上昇を低減することで
ある。

エーロフォイルに於ける抗力を低減する他の−つの周知
の方法は、境界層の流体にそれを好ましからざる圧力勾
配に抗して物体の表面に沿って更に下流側へ導くより高
い平均運動量を付与し、こ゛　　れにより境界層の剥離
を遅延させるべく、境界層中に乱流を発生させることで
ある。例えば米国特許第４，４５５，０４５号には、物
体の表面に形成され次第に拡張する細長い溝が記載され
ている。

これらの溝は鋭敏な長手方向のエツジを有している。物
体の表面上の境界層は溝内へ流入し、溝のエツジは垂直
の流れ面の場合のレベルよりも低いレベルにて流れ方向
の渦を発生し、このことにより溝内の流れが増強され、
境界層が溝の底面に付着した状態に維持される。

同様に米国特許第２，８００，２９１号に於ては、互い
に隣接して流れ方向に延在する複数個の溝が流れ面に形
成される。これらの溝は幅の狭い入口より幅の広い出口
まで次第に横方向に拡大している。実質的に三角形をな
すランプが互いに隣接する溝の間に形成されている。こ
の米国特許に於ては、境界層の流れがランプと溝との間
に分割されると説明されている。溝内の流体の流れは溝
内に於て広がり、境界層が次第に薄くなり、これにより
より長い距離に亘り流れ面に付着した状態に留まる。ラ
ンプの流れは一般的な流れに転換される。一つの用途（
前記米国特許の第６図参照）は、通常よりも長い距離に
亘り流体の流れが湾曲した表面に付着した状態に留まる
よう、自動車のルーフとリヤウィンドとの間に適用する
ことである。

米国特許第１．７７３，２８０号に於ては、航空機の翼
の上面に沿ってそのリーディングエツジよりトレーリン
グエツジまで翼弦方向に延在し、翼の最も厚さの大きい
部分近傍に最も高い点を有する複数個の互いに横方向に
並べられた畝を設けることにより、翼の抗力を増大する
ことなく揚力が増大されるようになっている。畝それ自
身は上方より見てエーロフオイル状をなしており、翼の
・トレーリングエツジに於て尖鋭になるようテーバ状を
なしている。この発明に於ては粘性により誘発される境
界層の剥離の影響は考慮されておらず、従ってこの発明
によっては高揚力条件下に於ける境界層の剥離を回避す
ることができない。

米国特許第３，５８８．００５号に於ては、境界層にエ
ネルギを付与し、通常の好ましからざる圧力勾配の領域
に層流を維持すべく、自由な流れ方向に加速された流れ
のための溝を設けることにより、境界層の剥離の開始を
遅延させる翼弦方向に延在する畝がエーロフォイルの上
面に設けられている。畝は境界層の厚さと同程度の高さ
までエーロフォイルの表面より突出している。横方向の
流れ成分は畝を越えて流れる際に加速され、流体の流れ
が非流線形の後端により惹起こされる自由な流れ方向の
好ましからざる急激な圧力勾配に出会うのではなく、後
端より螺旋状に滑かに離れるようにすることにより、物
体の後端近傍に於ける境界層の剥離の虞れを低減する。

上述の米国特許第１，７７３，２８０号の畝の場合と同
様、流体の流れは畝の間に於て加速さし、このことによ
ってもエーロフォイルの表面全体に層流を維持すること
が補助される。

米国特許第３，７４１，２３５号及び同第３゜５７８．
２６４号に於ては、実質的に流体の流れ方向を横切る方
向に延在する一連の突起又は窪みを用いて渦を発生させ
ることにより境界層の剥離を遅延させることが記載され
ている。またこれらの米国特許に於ては、突起の最大高
さ又は窪みの最大深さは境界層の厚さよりも小さいこと
が好ましいと記載されている。

１９８２年に英国にてケンブリッジ大学により出版され
デイ−ゆエル・ホワイトヘッド、（Ｄ、　Ｌ。

Ｗｈｌｔｅｈｅａｄ　）　、エム・コズ（Ｍ、　Ｋｏｄ
ｚ　）　、及びピー・エム・ヒールド（Ｐ、　Ｓ、　Ｈ
ｌｅｌｄ　）により著わされた「トレーリングエツジを
波状することによる抗力の低減」と題する論文に於ては
、非流線形のトレーリングエツジを有するブレード（ス
パン２０１ｎｃｈ　（５１ｃｌｌ）　、翼弦長さ２０１
ｎｃｈ　（５１ｃｎ＋）、厚さ１．　５ｉｎｃｈ（３，
８ｃ＋ａ）の一定値）のベース抗力が、翼弦長さのトレ
ーリングエツジ側の７ｉｎｃｈ　（１８ｃｍ）の部分を
流れ方向に延在し交互に配列された谷及び畝（波状）に
形成することにょり低減されることが記載されている。

トレーリングエツジ及びそれより上流側の断面波状の部
分は波長８．　０ｉｎｃｈ（２０ｃｍ）の正弦曲線の形
状を有している。ブレードの材料の厚さは６谷及び畝の
全長に亙り一定に維持されているが、谷の深さ又は畝の
高さ（即ち波の振幅）はトレーリングエツジに於ける２
、　　０ｉｎｃｈ（５，１ｃｓ）の最大値よりトレーリ
ングエツジの上流側に於ける零まで変化している。谷の
出口の全面積は非流線形の端面の面積の５０％以上であ
る。第１９図乃至第２１図はｒａＪの単位長さにて寸法
が表わされた上述のブレードを示している。波状部を有
しない基準プレートに比して、ベース抗力が約３分の１
低減された。波状部を有しない基準ブレードの後端の上
縁及び下縁より交互に放出されるスパン方向の渦は、波
状部により排除されたと説明されている。

一般に、従来の剥離遅延装置は本質的に大きい抗力を発
、生し、これによりそれらが発揮する効果の幾つかを相
殺してしまうものと考えられる。このことによりそれら
の装置の有効性が制限されることがある。従来の多くの
装置は抗力を低減する点に於て有効であることが解って
いるが、非流線形の端面ををする物体のベース抗力を低
減するなどの如く抗力を更に改善することが必要とされ
ている。

発明の開示 本発明の一つの目的は、非流線形の端部を有する物体の
抗力を低減することである。

本発明の他の一つの目的は、非流線形の端部を有する物
品の下流側に於ける剥離泡の大きさを減少させることで
ある。

従って本発明は、プレート状部材に隣接して流れる流体
バルクの流れ方向に延在する対応する軸線の周りに互い
に逆方向に回転する複数個の互いに隣接する渦流を形成
する波状の下流側部分を有し、渦流によってベース抗力
が低減されるよう非流線形の端面の上流側に配置される
よう構成されたプレート状部材に関するものである。

より詳細には、相対的に下流側方向へ移動する流体中に
配置されるよう構成された物品が、実質的に下流側方向
へ面する非流線形の端面として終る実質的に流体の流れ
方向に延在する本体面を有している。波形をなすプレー
ト状部材は非流線形の端面の上流側に配置され、本体面
に対しこれに近接してこれより隔置された状態に支持さ
れる。

プレート状部材の波形の部分は、該プレート状部材に隣
接して流れる流体バルクの流れ方向に延在し波形をなす
下流側エツジにて終る互いに隣接して交互に配列された
複数個のＵ形の畝及び谷を含んでいる。谷の深さ及び畝
の深さは下流側方向に向かうにつれて増大しており、谷
及び畝の形状及び寸法は６谷がプレート状部材の下流側
エツジの下流側に一対の互いに隣接する渦流を形成する
ような形状及び寸法である。本体面が湾曲面として非流
線形の端面に滑らかに移行している場合には、渦流は境
界層を本体面に対し付勢し、これにより境界層が本体面
より剥離することを遅延させ、これにより抗力を低減す
る。また本体面及び非流線形の端面がそれらが互いに出
会う位置に於て比較的鋭敏なエツジを形成している場合
に於ても、渦流は流体が非流線形の端面の直ぐ下流側の
空間内へ流れるようにし、これにより剥離泡の大きさを
低減する。

より詳細には、流体は該流体を非流線形・の端面を越え
て端面の背後の通常停滞する領域中へもたらす方向の運
動量を伴なって、波状部を含む壁部材（プレート状部材
）の谷より離れる（即ち吹下しが生じる）ものと考えら
れる。更に６谷はその出口に於て各側壁面より一つの大
きいスケールの軸線方向の渦流を発生するものと考えら
れる（この場合「大きいスケールの」とは渦流が谷の全
深さにほぼ等しい直径を有することを意味する）。

かくして発生される互いに隣接する二つの渦流は互いに
反対方向に回転し、谷よりの流体及び近傍の流体バルク
よりの流体を非流線形の面の背後の領域へ移動させんと
する流れ場を形成する。かかる現象単独の正味の効果又
は吹下しの効果との組合せでの効果は、通常非流線形の
端面の背後に形成される低圧ウェークの強度を低減し、
これによりベース抗力を低減することである。更にスパ
ン方向の渦流が放出されることによりベース抗力が増大
される場合には、本発明はかかる渦流が放出されること
を抑制するものと考えられる。

本発明の部材の谷及び畝はそれらに流体が十分に流れる
（即ち谷内に於て流れ方向の二次元的な境界層の剥離が
生じない）ような形状であることが好ましい。かくして
谷のすぐ上流側に於て流体の境界層が流れ方向に二次元
的に剥離していないことが重要である。何故ならば、さ
もなくば剥離した流体の流れが谷内へ流入し、これによ
り強力な渦流の形成が阻害されるからである。谷内に於
ける流れ方向の二次元的な境界層の剥離を防止すること
は谷の構造に関し考慮すべき一つの重要な点である。例
えば谷の底面の傾斜がその近傍の流体バルクの流れ方向
に対し急峻過ぎる場合には二次元的な境界層の剥離が生
じることがある。

谷及び畝は下流側方向に垂直な断面で見てＵ形であるこ
とが好ましく、損失が低減されるよう、滑かに湾曲して
いる（例えば谷の側壁面が谷の底面に出会う位置に鋭角
が存在しない）ことが好ましい。特に谷及び畝は下流側
方向に垂直な断面で見て波形をなす滑らかに起伏する面
を形成していることが好ましい。

本発明の一つの重要な利点は、流れ場内に谷及び畝が存
在することにより、実質的な抗力を招来することなくベ
ース抗力を低減することができるということである。こ
のことは従来の抗力低減装置に比してかなり有利な点で
ある。

本願出願人と同一の出願人の出願にかかる特願昭６２−
１０７９２０号には、波形の薄いトレーリングエツジを
郭定する流れ方向の谷及び畝が形成されたエーロフォイ
ルのトレーリングエツジ領域が記載されている。一方の
面の谷は他方の面の畝を郭定している。谷及び畝は、運
動量の小さい境界層の流れを三次元的に解放することに
より、エーロフォイルの吸入側面に於ける二次元的な境
界層の剥離の重大な影響が生じることを遅延させ又は阻
止することを補助する。これに対し本発明は非流線形の
端面を有する物品の背後に発生されるベース抗力を低減
するものであり、このことを達成するために独立の波形
の壁部材を使用するものである。

本発明の他の一つの局面によれば、６谷より流出する流
体はできるだけ小さい横方向の速度成分しか有しておら
ず、これにより流れの二次損失が低減されることが好ま
しい。かかる理由から、谷の側壁は谷の出口より上流側
方向十分な距離に亘り、谷へ流入する流体バルクの流れ
方向に平行であることが好ましい。

本発明の他の一つの局面によれば、谷の出口に於ける側
壁は急峻であることが好ましい。このことは側壁により
発生される渦流の強度を増大させるものと考えられる。

本明細書に於ける「急峻」とは、谷の長さ方向に垂直な
断面で見て、各側壁上の最も急峻な点に於ける接線が約
１２０度以下の角度にて交差することを意味する。側壁
は互に他に対し平行であることが最も好ましい。本発明
を説明する目的で、側壁が互いに平行である場合には、
交差角は０度であると見做される。

また本発明は互いに対向し互いに隔置され流れ方向に延
在する面であって、流れ方向に対し実質的に垂直な下流
側方向へ面する非流線形の端面により互いに接続された
面を有する物体に対し適用されるのに特に適している。

かかる場合には、波形をなす壁部材が各流れ方向へ延在
する面に隣接して配置されてよい。、波形の壁部材が一
方の面の側にしか設けられていないか両方の面の側に設
けられているか否かに拘らず、各壁部材の谷は本発明が
使用されない場合に一般に発生する剥離泡に対し有意義
な効果が得られるよう、それらの出口に於て成る十分な
深さを有していなければならず、また非流線形の端面の
全表面積に対し十分な流路断面積を有していなければな
らない。谷の出口に於ける深さが非流線形の端面に於け
る互いに対向する面の間の距離の数パーセントでしかな
い場合にもその谷は有効である。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

発明を実施するための最良の形態 第１図は非流線形の下流側端部を有する物体の表面を越
えて流体が流れる場合に何が生じるかを示している。第
１図に於て、物体が符号１０にて示されており、平滑で
平坦な上面１２及び下面１４を含んでおり、これらの表
面を越えて流体が流れている。幅の広い矢印１６は下流
側方向を示しており、線１８は面１２及び１４に隣接し
て流れる流体バルクの流線を示している。当技術分野に
於てよく知られている如く、流体は広範囲の条件下に於
て平滑な表面１２及び１４に付着した状態に留まるが、
流体バルクが非流線形の端面２０に到達すると角を曲る
ことかできず、その結果上縁２２及び下縁２４又はその
近傍に於て流体の剥離が生じる。下面及び上面より離れ
た流体の流れは端面２０の下流側の成る点に於て互いに
出会う。

この点の上流側には、非流線形の端面２０のすぐ下流側
にて上部流線と下部流線との間に低圧の領域２１（即ち
剥離泡）が存在する。流体の流れが物体１０が上流側方
向へ流体中を移動することによるものである場合には、
かかる低圧の停滞領域は物体を上流側方向へ移動させん
とする力に対抗する下流側方向の力を発生する。この力
はベース抗力と呼ばれ、実質的な値になることがある。

本願発明の詳細な説明であって、本願出願人と同一の出
願人の出願にかかる特願昭６２−３３６８２４号の発明
は、ベース抗力が低減されることにより得られる利益を
相殺する損失を抑えつつベース抗力を低減するものであ
る。この先の出願にかかる発明を第２図乃至第６図を参
照して説明する。第２図に示されている如く、先の出願
にかかる発明が組込まれた物品が符号３０にて全体的に
示されている。物品３０は上面３２及び下面３４を有し
ている。物品は矢印３６にて全体的に示された上流側方
向へ空気の如き流体中を移動しているものと仮定する。

下流側方向は矢印３８により示されている。本発明によ
れば、下流側方向へ延在する複数個の谷４０が上面３２
に形成されており、同様に下流側方向へ延在する複数個
の谷４２が下面３４に形成されている。これらの谷は下
流側方向に垂直な断面で見て実質的にＵ形をなしている
。６谷はそれぞれ対応する入口４３より非流線形の端面
４４まで延在しており、端面４４は上面３２及び下面３
４と接続されており、実質的に下流側方向へ向いている
。

谷はそれらの全長に亘り流体が十分に流れるような、即
ち流れ方向の境界層の剥離が谷内に於て生じることがな
いような形態、大きさ、形状にて形成されていなければ
ならない。この点に関し、面３２及び３４に沿って流れ
る流体はそれら谷の入口へ流入する際にこれらの面に付
着した状態になければならない（即ち流れ方向の境界層
の剥離が生じてはならない）。端面４４に於ける谷の出
口４５は振幅Ａ（第６図参照）を有している。谷はそれ
らの上流側端部に於ては深さが零であり、上流側端部に
於てそれらの長さ方向にそれぞれ対応する上面及び下面
に滑らかに接続されている。

６谷の深さはその上流側端部よりその出口まで次第に増
大していることが好ましい。しかしこのことは必須では
ない。例えば谷の深さは谷の出口の上流側に於て最大値
になり、その後出口まで一定値であってもよい。

谷は下流側方向に垂直な断面で見てそれらの長さ方向に
沿って平滑なＵ形をなしており、下流側方向に垂直な断
面が波形である滑らかに起伏する面を郭定していること
に留意されたい。６谷は一対の互いに対向する側壁面４
６を有しており、これらの側壁面は谷の出口４５の側縁
４８まで延在している。側壁面４６は、谷の長さの実質
的な連続的な部分（谷の出口を含む）に亘り側壁面が設
けられた表面を越えて流れる流体バルクの流れ方向に実
質的に平行であることが好ましい。側壁面４６が平行で
ある場合が第５図に示されている。

側壁が末広状をなしていることは好ましくない。

何故ならばかかる側壁の場合には谷内に於て流体が流れ
方向に剥離し、谷より流出する流体に横方向の速度成分
が生じ、このことにより好ましからざる二次的な流れ損
失が発生されるからである。

上述の谷により達成されるベース抗力の低減には一組の
互いに異なる流体力学的メカニズムが存在するものと考
えられるが、これらのメカニズムは十分には解っていな
い。例えば谷より流出する流体バルクの運動であって、
あたかも流体バルクが谷より流出した後にある程度まで
物品の非流線形の端面に付着した状態に残存しているか
の如く非流線形の端面のすぐ背後にてそれに隣接する空
間中へ流入する運動が存在するものと考えられる。

第二に、６谷は一対の大きいスケールの軸線方向（下流
側方向）の渦流を発生するものと考えられる。各渦流は
谷の二つの側縁４８の対応する側縁より離れた位置にて
発生される。６対の渦流は互いに反対方向に回転する。

これらの渦流は谷より及び近傍の流体バルクより流体を
非流線形の端面の背後にてこれに隣接する領域へ移動さ
せる流れ場を発生する。

一つの谷の出口の側縁４８より離れた位置にて発生され
た渦流が隣接する谷の側縁より離れた位置にて発生され
た逆方向に回転する渦流によっては干渉されない（即ち
相殺されない）ようにするためには、互いに隣接する谷
の側縁は十分な距離にて互いに隔置されていなければな
らない。従って非流線形の端面４４の領域の一部が各側
縁の全長に亘り６谷の出口の側縁４８よりそれに隣接す
る谷の出口の側縁４８まで横方向に延在していることが
必要である。非流線形の端面のかかる領域が第６図に於
て４８Ａと４８Ｂとの間のクロスハツチングが施された
領域５０により示されている。

一般に互いに隣接する谷の側縁の間の領域５０の下流側
方向への投影面積は、谷の下流側方向へ投影された出口
面積の少なくとも１／４でなければならない。

更に最良の結果は出口に於ける側縁が急峻である場合に
得られるものと考えられる。谷の長さ方向である下流側
方向に垂直な断面で見て、側縁４８に沿う最も急峻な点
に於ける接線５２は約１２０度よりも大きくはない交差
角Ｃ（第６図参照）を形成することが好ましい。角度Ｃ
は０〜６０度でなければならず、０度に近ければ近いほ
ど好ましい。

ベース抗力低減の効果をあらしめるためには、谷の出口
に於ける断面積の下流側方向への投影面積は非流線形の
端面の下流側方向への全投影面積に対し十分な大きさで
なければならない。用途によっては谷の全面積が非流線
形の端面の数パーセントでしかない場合にも測定し得る
ほどベース抗力が低減される。多くの用途に於ては、実
際的な問題を考慮して、非流線形の端面の全面積の３０
％よりは大きくない谷の出口面積が採用される。

また谷はそれらの深さに比して幅が狭すぎるものであっ
てはならず、さもなくば谷内に適正な流れパターンが形
成されず、ベース抗力を好ましく低減することができな
いものと考えられる。第６図に於て、谷の出口に於ける
幅は峰から峰までの波長Ｐと看做され、谷の出口に於け
る深さは峰から峰までの振幅Ａと看做される。比Ｐ／Ａ
は約０６２５以上、好ましくは少なくとも０．５でなけ
ればならない。更に比Ｐ／Ａは約４．０以下でなければ
ならない。

谷がその出口に於ける深さ（振幅）に比して長さが大き
すぎる場合にも有効な結果が得られない。

何故ならば、谷内に於て発生される適正な流れ場はそれ
が出口へ到達する前に減衰するからである。

出口の振幅に対する谷の長さの比は約１２〜１゜０でな
ければならない。

第７図乃至第９図に於て、第２図乃至第６図に示された
谷の形態と同様の谷の形態が符号１００により全体的に
示された自動車の後端部に組込まれている。谷１０１が
上部トランク面１０２及び車輌の下面１０４に形成され
ている。これらの谷は後方へ面する非流線形の端面１０
６に交差している。第７図乃至第９図に示された実施例
と第２図乃至第６図に示された実施例との間の一つの差
異は、谷１０１が線１１２及び１１４により示された車
輌の元の外形に畝１１０を付加することにより形成され
ているということである。

試験として、ボンティアツク・ファイヤーバード・トラ
ンザム（Ｐｏｎｔｌａｃ　Ｆｉｒｅｂｉｒｄ　Ｔｒａｎ
ｓ−Ａｍ　）の１／２５スケールの模型が購入され、材
料を除去するのではなく材料を付加することにより、ト
ランクリッド面及び車の下面に谷が形成された。

このことにより自動車の非流線形の端面の面積が増大さ
れた。６谷の底面は車輌の元の表面の外形にほぼ一致し
ていた。第８図及び第９図に於て、非流線形の端面の寸
法Ｈは１．４ｉｎｃｈ（３，６ｃｍ）であり、Ｗは２．
　９ｉｎｃｈ（７，４ｃｍ）であった。

また谷の長さしは１．４ｉｎｃｈ（３，６０１１１）で
あった。谷は滑らかに起伏する面を形成し、該面は下流
側方向に垂直な断面で見て波形をなしていた。

波は０．　６１ｎｃｈ（１，５ｃｍ）の波長を有し、０
゜３１ｎｃｈ（０，８ｃｖ＋）の峰から峰までの振幅を
有していた。第６図の角度Ｃに対応する角度は９０度で
あった。面１１２及び１１４はそれぞれ水平面と約１２
度の角度をなしていた。

風速７５　ｆｔ／ｓｅｃ　（２２、９ｍ　／５ｅｃ）に
於ける風洞試験に於て、本発明が組込まれた修正された
模型の端面の面積が約１２．５％増大されたにも拘らず
、上述の修正された車輌の模型の全体としての抗力は修
正前の模型の全体としての抗力よりも１６％小さかった
。車輌の後端部のみが修正されたので、全体としての抗
力の低減が実質的にベース抗力の低減によるものと考え
られる。

第１０図及び第１１図は符号１５０により全体的に示さ
れたトレーラトラックに適用された同一の谷の概念を示
している。図示の如く、谷１５２はトレーラの通常平坦
な側面、上面、及び下面に窪みとして形成されている。

谷の出口１５４は非流線形の後端面１５６に位置してお
り、端面１５６の四つ゛のエツジに沿って滑らかな波形
を形成している。谷は窪みとして形成されているが、第
７図乃至第９図に示された自動車１００の場合と同様ト
レーラの表面に材料を付加することにより形成されても
よい。

上述の如き谷構造が第１２図及び第１３図に示された弾
丸シェル４００の如き飛翔体のベース抗力を低減するた
めに使用されてもよい。かかる種類の飛翔体は一般に空
気力学的安定性を確保する目的で、シェル４００の軸線
４０２の如き長手方向軸線の周りに飛翔中回転する。回
転方向が矢印Ｒにより示されている。シェル４００はベ
クトルｖＩにより示された軸線方向速度を有している。

シェルの表面４０６に対し接線方向に延びるベクトルＶ
！は、シェルの下流側端部４０４に於けるシェルの外面
４０６の回転速度を示している。３谷はベクトルｖＩと
ｖ２の合成ベクトルの方向にほぼ平行に延在している。

かかる谷の配向は、流体が谷の長さ方向に実質的に平行
な方向にて谷内に流入することを確保するために必要と
される。

この実施例に於ては、実質的に断面半円形の谷が図示さ
れているが、谷は第４図乃至第６図の実施例に於て図示
された形態（即ち下流側方向に対し垂直な断面で見て波
形をなす滑らかに起伏する面により形成されたＵ形の谷
）であってもよい。

また第１図乃至第１３図について上述した発明に於て採
用されている流体力学的概念と同一の概念の一部を使用
することにより、非流線形のベース部を有する物品の形
状を修正する必要もなくベース抗力を低減することがで
きる。本発明は、非流線形の端部の上流側に配置され物
品それ自身に形成された谷及び畝により発生される互い
に逆方向に回転する渦流と同一の種類の渦流を形成する
波状部を含む壁部材、即ち波形プレートを使用するもの
である。第１４図はかかる波状部を含む壁部材及びその
谷及び畝により形成された互いに逆方向に回転する渦流
を示している。

第１４図に於て、非流線形のベースを有する物品が符号
２００にて全体的に示されている。物品２００は平滑で
比較的平坦な上面２０２を有し、矢印２０４により示さ
れている如く流体が上面２０２上を実質的に下流側方向
へ流れる。物品２００は非流線形のベース、即ち後端面
２０６を有している。本発明が組込まれなければ、上面
２０２に沿う流体の流れは線２０８に沿って物品より剥
離するものと仮定する。本発明を説明する目的で、剥離
線２０８は非流線形の端面２０６の始点、即ち上流側エ
ツジであると見做す。

本発明による波状部を含む壁部材（プレート）２１０が
上面２０２上に配置されており、支持部材２１２（その
内の一つが図面に示されている）により上面２０２より
隔置されている。プレート２１０は上流側エツジ即ちリ
ーディングエツジ２１４と、下流側エツジ即ちトレーリ
ングエツジ２１６とを有している。プレートはかなり薄
いものではあるが、プレートの上面２１８及び下面２２
０上を流体の均一な流れがそれらに付着した状態にて流
れ始めるよう、リーディングエツジ２１４はエーロフオ
イルのリーディングエツジと同様丸みを帯びていなけれ
ばならない。例えばプレートの重量を低減したりプレー
トそれ自身のベース抗力を低減すべく、プレートはもし
必要ならばトレーリングエツジ２１６へ向かうにつれて
その厚さが次第に減少していてよい。

図示の実施例に於ては、プレートにはＵ形の複数個の溝
２２２及び畝２２４が形成されている。

互いに隣接する谷及び畝は互いに滑らかに接続され、こ
れによりトレーリングエツジ２１６に於て波形をなすプ
レートの起伏する即ち波状の下流側部分を形成している
。渦流が形成されるよう、谷の深さは下流側方向へ向か
うにつれて増大していなければならないが、谷の深さは
谷の出口より上流側に於てその最大値に到達し、しかる
後谷の出口まで一定値であってもよい。第１４図に於て
、プレートのリーディングエツジ２１４は直線状であり
、プレートは最初の短い距離の範囲に於ては平坦である
。谷及び畝はその平坦な部分に滑かに接続されている。

図示の如く、谷の深さ（及び畝の高さ）はそれらの上流
側端部に於ては０であり、下流側エツジ２１６に於て最
大値であることが好ましいが、プレートのリーディング
エツジ２１４は振幅の小さい波形をなし、谷の深さがリ
ーディングエツジよりトレーリングエツジへ向かうにつ
れて次第に増大していてもよい。谷及び畝の形状は、谷
にそれらの全長に亙り流体が十分に流れるよう選定され
る。

プレート２１０は物品２００に取付けられているので、
プレートそれ自身も損失（抗力）を生じ、従ってその抗
力が低減されなければならない。先ず波状部を有しない
仮想上の平滑なプレートであって、それが配置される面
に対し局部的にほぼ平行であるプレートを考えると、谷
の谷底及び畝の峰はかかる仮想上の平面の上下に等距離
延在していることが好ましい。

プレートの両側に於て谷及び畝により発生される渦流が
第１４図に解図的に示されている。流体バルクの流れ方
向に延在する軸線を有する一つの渦流が３谷の各側壁よ
り発生される。かくして谷２２６は第１４図で見てその
右側の側壁より時計周り方向に回転する渦流２２８を形
成し、またその左側の側壁より反時計廻り方向に回転す
る渦流２３０を形成する。プレートの反対側に設けられ
谷２２６の図にて左側の谷２３２もその図にて右側の側
壁より反時計廻り方向に回転する渦流２３４を形成し、
この渦流は反時計廻り方向に回転する渦流２３０と組合
さってその渦流を強化し、これにより一つのより一層強
力な渦流を形成する。

同様に谷２３６の図にて左側の側壁は時計廻り方向に回
転する渦流２３８を形成し、該渦流は谷２２６より形成
された時計廻り方向へ回転する渦流２２８と組合される
。

プレート２１０が上面２０２及び非流線形の端面２０６
の両方に対し適正に隔置され配向されると、それらより
形成される渦流は境界層の流れをプレートより下流側の
上面２０２に対し付勢し、これによりその流体の流れは
仮想上の剥離線２０８を越えても物品の表面に付着した
状態を維持する。更に溝より上面２０２上を流れる流体
バルクは非流線形の端面２０６の背後の空間内へ第１４
図で見て下方へ導かれ、これによりさもなくば発生され
る剥離泡を低減し、これによりベース抗力を更に低減す
る。

以下の説明の目的で、第１４図に於て、Ｐはプレートの
トレーリングエツジ２１６に於ける峰から峰までの波長
であり、Ａは峰から峰までの波の高さ、即ち振幅（谷の
、深さとも呼ばれる）であり、Ｈは上面２０２とトレー
リングエツジ２１６の上面２０２に最も近い波の峰との
間の距離であり、Ｄはトレーリングエツジ２１６と非流
線形の端面の上流側エツジ（上述の如く剥離線２０８で
ある）との間の距離であるものとする。峰から峰までの
波長Ｐは谷の全長に亙り一定であることが好ましい。

本発明の一つの目的は上面２０２よりの境界層の剥離を
できるだけ長く遅延させることである。

換言すれば、本発明を機能させることにより剥離線２０
８を越える位置まで流体の流れが物品に付着した状態を
維持することが好ましい。このことを達成するためには
境界層を上面２０２に対し付勢することが必要である。

上面２０２が端面２０６に出会って比較的鋭敏なエツジ
を形成している場合には、境界層の剥離を遅延させるこ
とは不可能である。その場合には、谷の出口を鋭敏なエ
ツジと実質的に整合させまたはできるだけ鋭敏なエツジ
に近い位置に配置する（即ち寸法りが小さい値または零
である）ことが好ましい。このことによりできるだけ多
くの流体の流れがベース抗力領域へ流入するようにされ
る。

第１４図の実施例の場合と同様、上面２０２と端面２０
６との間に滑らかに湾曲した遷移領域が存在する場合に
は、種々の点が考慮される。渦流はプレートのトレーリ
ングエツジ２１６より下流側方開成る距離の範囲に亙り
十分には形成されないので、また渦流によって剥離線２
０８より上流側の境界層を付勢することが好ましいので
、トレーリングエツジ２１６は非流線形の端面２０６よ
りその上流側方向へ振幅Ａの１倍乃至２倍に等しい距離
りの位置に配置されることが好ましい。このことは、距
離りがＡよりも小さいか０である場合に効果が全く得ら
れないことを意味するのではなく、本発明の効果が低減
されるだけであると考えられる。同様にプレートが端面
２０６より上流側方向へ遠く離れた位置に設けられると
、渦流はそれが端面２０６に到達する前にかなり又は完
全に減衰し、これにより殆ど又は全く効果が得られない
。

距離Ｈは境界層が剥離線２０８に到達する前に上面２０
２上の境界層を乱したり剥離させたりする二次的な流れ
場や障害部が上面２０２に近接した位置に生じることを
回避するに十分な程大きい値でなければならない。これ
と同時に、距離Ｈは渦流ができるだけ上面２０２に近接
した位置に留まるようでききるだけ小さい値でなければ
ならない。また距離Ｈは少くとも境界層の厚さにほぼ等
しい値でなければならないものと考えられる。

プレートに近接した液体バルクの流れ方向に対する谷の
底面の傾斜角θは小さ過ぎる値であってもまた大き過ぎ
る値であってもならない。この傾斜角が小さ過ぎると、
形成される渦流の強度が弱過ぎ、或いは表面摩擦による
損失に起因して渦流が全く形成されない。傾斜角θは少
なくとも約５０でなければならないものと考えられる。

逆に傾斜角が急峻である過ぎると、谷に流体が十分には
流れなくなる（即ち谷内に於て二次元的な流れ方向の境
界層の剥離が生じる）。このことにより渦流の形成が阻
害される。傾斜角は約３０°以下、最も好ましくは２０
°以下でなければならないものと考えられる。

３谷の側壁の傾斜角に関する限り、トレーリングエツジ
２１６及びそれより上流側方向の成る距離範囲に亙り側
壁は互いに実質的に平行であることが好ましい。好まし
い側壁の角度Ｃについては第６図との関連で既に説明し
た。

プレートのリーディングエツジ２１４よりトレーリング
エツジ２１６までの全長は谷及び畝の長さＬに等しいか
又はこれよりも僅かに大きいことが好ましい。この長さ
が過剰であると、流れの乱れは生じないが、そのことに
よっては何ら利点が得られず、只単に表面抗力、コスト
、及び重量が増大されるに過ぎない。前述の如く、リー
ディングエツジ２１４は丸みを帯びていなければならず
、谷及び畝は谷にその全長に亙り流体が十分に流れ、特
定の用途の要件に鑑み有効であると考えれる利益（即ち
抗力の低減）が得られるに十分な程強力な渦流を発生さ
せる形状及び寸法にそれらの全長に亙り設定されていな
ければならない。

一般に、過剰の圧力損失を招来することなく強力な渦流
を形成させるためには、波長Ｐは振幅Ａの約半分以上で
あり且振幅の約４倍以下でなければならない。物品の流
れ面に直接形成された谷について上述した如く、谷の出
口の下流側方向へ投影された流路断面積の合計は、ベー
ス抗力を有効に低減し得るよう、非流線形の端面の下流
側方向へ投影された総面積に比して十分に大きい値でな
ければならない。用途によっては非流線形のベース部の
面積に対する谷の出口の面積の比が１／２０又はそれ以
下であってよいが、この比は１／１０よりも高い値であ
ることが好ましい。物理的制限、コスト、重量、更には
審美性の如き実際上考慮すべき点も最終的に選定される
形状にそれぞれ種々の程度にて影響する。

第１５図乃至第１８図は自動車のボディーに適用された
本発明を示している。第１５図に於て、非流線形の端面
であるリヤウィンドの領域３０２の背後に於けるベース
抗力を低減すべく、波形プレート３００が自動車のルー
フに取付けられている。また自動車の後端面により発生
されるベース抗力を低減すべく、他の一つの波形プレー
ト３０４がアッパートランク面３０６上に配置されてい
る。第１６図に最もよく示されている如く、プレート３
００及び３０４は対応する非流線形の端面３０８の実質
的に全幅に亙り横断方向に延在している。

第１５図に示されている如く、また第１７図に於て、プ
レート３０４の拡大図として示されている如く、端面３
０８はトランク面３０６に対し実質的に垂直であり、そ
れらが互いに出会う位置に於て比較的鋭敏な角部３１０
を形成している。鋭敏な角部３１０が存在するので、本
発明によっても境界層の剥離を遅延させることはできな
いが、その場合にも流体を端面３０８のすぐ背後に位置
するベース抗力領域中へ導くことに関し渦流が作用する
のでベース抗力が低減される。

端面３０８の高さＺが２０ｉｎ（５１ｃｍ）であり幅Ｗ
が７２１ｎ（１８０ｃｍ）であるものと仮定する。

かかる仮定に基づき、谷の長さＬは約７．５ｉｎ（１９
ｃｍ）であり、プレートの全長Ｙ、即ちリーディングエ
ツジ３１４よりトレーリングエツジ３１２までの長さは
約９．０ｉｎ（２３ｃｍ）であることが提案される。こ
の場合長さはトランク面３０６に近接して流れる流体バ
ルクの流れ方向、即ち車輌の後方へ向かう方向であって
トランク面３０６に対し実質的に平行な方向に測定され
る。プレートの平坦な上流側部分３１６は流体バルクの
流れ方向に平行であり、谷及び畝は平坦な上流側部分３
１６の延長の平面である仮想平面の上下に互いに対称で
ある。波形の峰から峰までの振幅Ａは４１ｎ（１０ｃｍ
）であり、波長Ｐは６１ｎ（１５ｃｍ）である。流体バ
ルクの流れ方向に対する３谷の底面の傾斜各θは１５″
である。谷の底面は平坦な上流側部分３１６に滑らかに
接続されている。プレートのトレーリングエツジ３１２
は非流線形の端面３０８より４１ｎ（１０ｃｍ）の距離
りの位置に配置されている。またトレーリングエツジ３
１２はトランク面３０６よりその上方に１．０ｉｎ（２
゜５ｃｍ）の距離Ｈ隔置されている。この距離は境界層
の厚さの９９％が０．５ｉｎ（１，３ｃｍ）であるると
の仮定に基づき選定された。

３谷の互いに対向する側壁３１８は流体バルクの流れ方
向に平行であり、トレーリングエツジ３１２に於ける最
も急峻な点及び下流側エツジより上流側方向３．０ｉｎ
（７，６ｃｍ）の距離の範囲に於ては実質的に垂直であ
る。谷及び畝の大きさ及び形状はプレートの上面及び下
面の間に於て互いに同一であり、それらの湾曲部は実質
的に円形である。第８図に示されている如く、トレーリ
ングエツジに於ける半径Ｒは１．５ｉｎ（３，８■）で
ある。上述の各寸法より、図示の実施例に於ては、プレ
ート３０４の谷の出口に於ける断面積の合計は非流線形
の端面３０８の面積の約２０％に等しいことが理解され
よう。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能である
ことは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は流体の流れに対し相対的に移動する非流線形の
端面を有する物体に関する流体力学的メカニズムを示す
解図である。 第２図は本発明の詳細な説明の特徴が組込まれた非流線
形の端面を有する物品の斜視図である。 第３図は第２図の線３−３に沿う断面図である。 第４図は第３図の線４−４に沿う矢視図である。 第５図は第４図の線５−５に沿う断面図である。 第６図は第４図のＹにて示された領域を示す拡大部分図
である。 第７図は本発明の詳細な説明の特徴が組込まれた自動車
を示す斜視図である。 第８図は第７図の線８−８に沿う自動車の端面図である
。 第９図は第８図の線９−９に沿う部分断面図である。 第１０図は本発明の詳細な説明の特徴が組込まれたトラ
クタトレーラを示す側面図である。 第１１図は第１０図に示されたトラクタトレーラの背面
図である。 第１２図は本発明の詳細な説明の特徴が組込まれた飛翔
体を示す側面図である。 第１３図は第１２図の線１３−１３に沿う飛翔体の端面
図である。 第１４図は本、発明が如何に機能するかを示す解図であ
る。 第１４Ａ図は第１４図の線１４Ａ−１４Ａに沿う断面図
である。 第１５図は本発明が組込まれた自動車の部分側面図であ
る。 第１６図は第１５図に示された自動車をその後方より見
た背面図である。 第１７図は第１５図に示された本発明のプレートを示す
拡大図である。 ｆｆ１１８図は第１７図に示されたプレートをその後方
より見た解図である。 第１９図は従来のブレードを示す部分斜視図である。 第２０図は第１９図の線２０−２０に沿う部分断面図で
ある。 第２１図は第１９図の線２１−２１に沿う断面図である
。 １０・・・物体、１２・・・上面、１４・・・下面、２
０・・・端面、２１・・・低圧領域、２２・・・上縁、
２４・・・下縁。 ３０・・・物品、３２・・・上面、３４・・・下面、４
０．４２・・・谷、４３・・・入口、４４・・・端面、
４５・・・出口。 ４６・・・側壁面、４８・・・側縁、１００・・・自動
車、１０１・・・谷、１０２・・・トランク面、１０４
・・・下面。 １０６・・・端面、１１０・・・畝、１１２．１１４・
・・面。 １５０・・・トレーラトラック、１５２・・・谷、１５
４・・・出口、１５６・・・端面、２００・・・物品、
２０２・・・上面、２０６・・・端面、２０８・・・剥
離線、２１０・・・波状部を含む壁部材（波形プレート
）、２１２・・・支持部材、２１４・・・リーディング
エツジ、２１６・・、トレーリングエツジ、２１８・・
・上面、２２０・・・下面、２２２・・・谷、２２４・
・・畝、２２６・・・谷、２２８．２３０・・・渦流、
２３２・・・谷、２３４・・・渦流。 ２３６・・・谷、２３８・・・渦流、３００・・・波形
プレート、３０２・・・リヤウィンドの領域、３０４・
・・波形プレート、３０６・・・トランク面、３０８・
・・端面。 ３１０・・・角部、３１２・・・トレーリングエツジ、
３１４・・・リーディングエツジ、３１８・・・側壁、
４００・・・シェル、４０４・・・下流側端部、４０６
・・・外面特許出願人　　　ユナイテッド・チクノロシ
ーズ・コーポレイション 代　　理　　人　　　　　弁　　理　　士　　　明　　
石　　昌　　毅ＦＩＧ、　１ ＦＩＧ、　５

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）相対的に下流側方向へ移動する流体中に配置され
   るよう構成された非流線形のベース部を有する物体にし
   て、前記物体は実質的に下流側方向へ延在する第一の面
   と、前記第一の面のすぐ下流側に配置され前記第一の面
   に接続され実質的に下流側方向へ面する非流線形の端面
   とを有し、前記物体は前記端面の上流側に位置され、互
   いに対向し下流側方向へ延在する流れ面と上流側エッジ
   と下流側エッジとを有する渦流形成プレート状部材を含
   み、前記流れ面の一方は前記第一の面に面し且これより
   隔置されて前記第一の面との間に前記流体が流れるため
   の流路を形成しており、前記プレート状部材の前記下流
   側エッジは前記下流側方向を横切って前記非流線形の端
   面の幅の実質的な部分に亙り延在しており、前記プレー
   ト状部材はそれに隣接して流れる流体バルクの流れ方向
   に延在し且前記下流側エッジにて終る複数個の互いに隣
   接して交互に配列されたＵ形の畝及び谷を含む波形の下
   流側部分を有しており、前記谷の深さ及び前記畝の高さ
   は下流側方向へ向うにつれて増大しており、前記谷及び
   畝の形状及び寸法は各谷がベース抗力を低減するに十分
   なほど前記非流線形の端面に近接した位置にて前記下流
   側エッジの下流側に一対の互いに隣接する渦流を形成す
   ることが確保されるよう選定されており、各谷により形
   成される互いに隣接する渦流は谷の長さ方向に延在する
   対応する軸線の周りに互いに逆方向に回転するよう構成
   された非流線形のベース部を有する物体。
2. （２）相対的に下流側方向へ移動する流体中に配置され
   るよう構成された渦流形成プレート状壁部材にして、前
   記壁部材は第一の方向に延在する互いに対向する流れ面
   と、前記第一の方向を横切って延在する上流側エッジと
   、前記第一の方向を横切って延在する下流側エッジとを
   有し、前記流れ面の少くとも一方は前記第一の方向に延
   在し且前記下流側エッジにて終る複数個の互いに隣接し
   て交互に配列されたＵ形の畝及び谷を含み、前記畝の高
   さ及び前記谷の深さは下流側方向へ向うにつれて次第に
   増大しており、これにより前記壁部材の下流側部分は波
   形をなしており、前記谷及び畝の形状及び寸法は前記プ
   レートの使用中に各谷が前記下流側エッジの下流側に一
   対の互いに隣接する大きいスケールの渦流を形成するこ
   とが確保されるよう選定されており、各谷により形成さ
   れる前記一対の渦流は前記第一の方向に延在する対応す
   る軸線の周りに互いに逆方向に回転し、前記壁部材は車
   輌の下流側方向へ延在する外面にこれに近接してこれよ
   り隔置された状態に固定されるよう構成された渦流形成
   プレート状壁部材。
3. （３）前方方向へ移動するよう構成され、非流線形の後
   端面と、一つの線に沿って前記後端面に接続された前方
   へ延在する本体面とを有する陸上車輌にして、前記車輌
   は互いに対向する流れ面を有する渦流形成プレート状壁
   部材を含み、前記流れ面の一方は前記本体面よりこれに
   近接して隔置され且前記本体面に面しており、前記壁部
   材は前記前方方向を横切って延在する上流側エッジ及び
   下流側エッジを有しており、前記壁部材は前記後端面の
   上流側に配置され、前記前方方向に延在する複数個の互
   いに隣接して交互に配列されたＵ形の畝及び谷を含む波
   形部分を含んでおり、前記畝の高さ及び谷の深さは後方
   へ向うにつれて増大しており、前記畝及び谷は前記下流
   側エッジにて終っており、前記車輌が前方方向へ移動し
   ている間各谷が前記後端面により発生されるベース抗力
   を低減する一対の互いに隣接する大きいスケールの互い
   に逆方向に回転する渦流を形成することが確保されるよ
   う前記谷及び前記畝の形状及び寸法が選定され、前記壁
   部材の下流側エッジが位置決めされていることを特徴と
   する陸上車輌。