JPH0510309A - 壁面における流体の抵抗軽減構造 - Google Patents
壁面における流体の抵抗軽減構造Info
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- JPH0510309A JPH0510309A JP18556991A JP18556991A JPH0510309A JP H0510309 A JPH0510309 A JP H0510309A JP 18556991 A JP18556991 A JP 18556991A JP 18556991 A JP18556991 A JP 18556991A JP H0510309 A JPH0510309 A JP H0510309A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 これまでの常識的な概念を打破し、全く新し
い着想に基づく構造によって、流体の抵抗を受けがたく
した壁面における流体の抵抗軽減構造を提供する 【構成】 空気や水等の流体の抵抗を受ける壁面に、多
数の大小凹部を規則的に配列し、その配列については、
大凹部を複数の小凹部が囲む負ピラミッド構造と、小凹
部を複数の大凹部が囲む正ピラミッド構造とを併有す
る。または、空気や水等の流体の抵抗を受ける壁面に、
多数の大小凸部を規則的に配列し、その配列について
は、大凸部を複数の小凸部が囲む正ピラミッド構造と、
小凸部を複数の大凸部が囲む負ピラミッド構造とを併有
する。 【効果】 流体に乱流を起こしそれを強く吸着できる吸
着層を生じさせ、壁面における流体の抵抗を著しく軽減
できる。
い着想に基づく構造によって、流体の抵抗を受けがたく
した壁面における流体の抵抗軽減構造を提供する 【構成】 空気や水等の流体の抵抗を受ける壁面に、多
数の大小凹部を規則的に配列し、その配列については、
大凹部を複数の小凹部が囲む負ピラミッド構造と、小凹
部を複数の大凹部が囲む正ピラミッド構造とを併有す
る。または、空気や水等の流体の抵抗を受ける壁面に、
多数の大小凸部を規則的に配列し、その配列について
は、大凸部を複数の小凸部が囲む正ピラミッド構造と、
小凸部を複数の大凸部が囲む負ピラミッド構造とを併有
する。 【効果】 流体に乱流を起こしそれを強く吸着できる吸
着層を生じさせ、壁面における流体の抵抗を著しく軽減
できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば、ヘルメット
の外面、車両や航空機、船舶の外面、さらには、パイプ
の内周面等のように、空気や水等の抵抗を受ける壁面に
おける流体の抵抗軽減構造に関する。
の外面、車両や航空機、船舶の外面、さらには、パイプ
の内周面等のように、空気や水等の抵抗を受ける壁面に
おける流体の抵抗軽減構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】交通機関のスピードを高めるためや、風
圧や水圧に耐えるため、或いは、エネルギーの損失を少
なくする等の目的で、従来から、壁面における空気や水
等の流体の抵抗軽減構造が工夫されてきた。
圧や水圧に耐えるため、或いは、エネルギーの損失を少
なくする等の目的で、従来から、壁面における空気や水
等の流体の抵抗軽減構造が工夫されてきた。
【０００３】例えば、スピードを高めるために空気抵抗
を軽減するには、風圧を受ける面をできるだけ流線型に
すると共に、滑らかな面にする試みがなされている。
を軽減するには、風圧を受ける面をできるだけ流線型に
すると共に、滑らかな面にする試みがなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】空気抵抗を受け難い流
線型は、流体力学を基に様々な実験が繰り返され、ま
た、コンピュータを使って究極の形が追求されているた
め、その追求には限界がきているのが現状である。
線型は、流体力学を基に様々な実験が繰り返され、ま
た、コンピュータを使って究極の形が追求されているた
め、その追求には限界がきているのが現状である。
【０００５】しかも、流線型による抵抗の軽減構造によ
れば、形が流線型に限定されてしまうため、例えば、ヘ
ルメットのように流線型から程遠い前面開口の丸に近い
形状が強いられる場合には、流線型を採用することがで
きなく、また、パイプのように流体が流れる内周箇所に
おいては流線型の形状を全く取ることができないという
問題があった。
れば、形が流線型に限定されてしまうため、例えば、ヘ
ルメットのように流線型から程遠い前面開口の丸に近い
形状が強いられる場合には、流線型を採用することがで
きなく、また、パイプのように流体が流れる内周箇所に
おいては流線型の形状を全く取ることができないという
問題があった。
【０００６】この発明は、上記のような実情に鑑みて、
これまでの常識的な概念を打破し、全く新しい着想に基
づく構造によって、流体の抵抗を受けがたくした壁面に
おける流体の抵抗軽減構造を提供することを目的とし
た。
これまでの常識的な概念を打破し、全く新しい着想に基
づく構造によって、流体の抵抗を受けがたくした壁面に
おける流体の抵抗軽減構造を提供することを目的とし
た。
【０００７】
【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、第一発明は、空気や水等の流体の抵抗を受ける壁
面に、多数の大小凹部を規則的に配列し、その配列につ
いては、大凹部を複数の小凹部が囲む負ピラミッド構造
と、小凹部を複数の大凹部が囲む正ピラミッド構造とを
併有する壁面における流体の抵抗軽減構造を構成した。
めに、第一発明は、空気や水等の流体の抵抗を受ける壁
面に、多数の大小凹部を規則的に配列し、その配列につ
いては、大凹部を複数の小凹部が囲む負ピラミッド構造
と、小凹部を複数の大凹部が囲む正ピラミッド構造とを
併有する壁面における流体の抵抗軽減構造を構成した。
【０００８】第二発明は、空気や水等の流体の抵抗を受
ける壁面に、多数の大小凸部を規則的に配列し、その配
列については、大凸部を複数の小凸部が囲む正ピラミッ
ド構造と、小凸部を複数の大凸部が囲む負ピラミッド構
造とを併有する壁面における流体の抵抗軽減構造を構成
した。
ける壁面に、多数の大小凸部を規則的に配列し、その配
列については、大凸部を複数の小凸部が囲む正ピラミッ
ド構造と、小凸部を複数の大凸部が囲む負ピラミッド構
造とを併有する壁面における流体の抵抗軽減構造を構成
した。
【０００９】第三発明は、空気や水等の流体の抵抗を受
ける壁面に、いずれかが他方を囲む多数の凹部と凸部を
規則的に配列し、凹部と凸部との高低差により正負のピ
ラミッド構造を構成して壁面における流体の抵抗軽減構
造を構成した。
ける壁面に、いずれかが他方を囲む多数の凹部と凸部を
規則的に配列し、凹部と凸部との高低差により正負のピ
ラミッド構造を構成して壁面における流体の抵抗軽減構
造を構成した。
【００１０】
【作用】上記の構成によれば、壁面が大凹部と小凹部と
の配列、または大凸部と小凸部との配列、あるいは凹部
と凸部の組み合せにより、正・負のピラミッド構造が構
成されているため、壁面を流れる流体にはそれとの接触
面において乱流が生じるばかりでなく、ピラミッド構造
の特殊性により壁面に流体が吸引される作用が生じる。
なお、凹部および凸部の種類について、「大」、「小」
は、相対的のものであって、その間に「中」があるとき
には、それは「大」に対して「小」、「小」に対しては
「大」となるものとする。
の配列、または大凸部と小凸部との配列、あるいは凹部
と凸部の組み合せにより、正・負のピラミッド構造が構
成されているため、壁面を流れる流体にはそれとの接触
面において乱流が生じるばかりでなく、ピラミッド構造
の特殊性により壁面に流体が吸引される作用が生じる。
なお、凹部および凸部の種類について、「大」、「小」
は、相対的のものであって、その間に「中」があるとき
には、それは「大」に対して「小」、「小」に対しては
「大」となるものとする。
【００１１】流体力学において、一様な流れＵの中にお
かれた物体の受ける抗力Ｄは、境界層内の計算から求め
られるが、一般的には次のように表し、実験から求めら
れる。
かれた物体の受ける抗力Ｄは、境界層内の計算から求め
られるが、一般的には次のように表し、実験から求めら
れる。
【００１２】
【数１】
【００１３】Ａは一様な流れの方向と垂直な平面への物
体の投影面積、Ｃｄは「抗力係数」と呼ばれる定数であ
る。Ｃｄの値が小さいほど抵抗が少なく消費燃料も少な
くなる。この値を小さくするためには物体の外周の流れ
が剥離せず、且つ、渦を生じないようにする必要があ
る。
体の投影面積、Ｃｄは「抗力係数」と呼ばれる定数であ
る。Ｃｄの値が小さいほど抵抗が少なく消費燃料も少な
くなる。この値を小さくするためには物体の外周の流れ
が剥離せず、且つ、渦を生じないようにする必要があ
る。
【００１４】これをさらに図９によって可視的に詳しく
説明すると、流れの中におかれた円柱は、円柱表面に層
流線が途中で円柱から剥がれて背後に渦を生じるため、
円柱背後で圧力が低くなり、流れの下流方向に力を受け
これが抵抗となる。
説明すると、流れの中におかれた円柱は、円柱表面に層
流線が途中で円柱から剥がれて背後に渦を生じるため、
円柱背後で圧力が低くなり、流れの下流方向に力を受け
これが抵抗となる。
【００１５】この剥離点は、境界層が乱流になると、乱
れによって境界層内外の流体粒子が互いに混合するの
で、剥離しにくくなり、剥離点は下流に移る（図４）。
そのため、境界層が乱流になると急に抗力係数Ｃｄが３
分の１にも減少する。
れによって境界層内外の流体粒子が互いに混合するの
で、剥離しにくくなり、剥離点は下流に移る（図４）。
そのため、境界層が乱流になると急に抗力係数Ｃｄが３
分の１にも減少する。
【００１６】壁面において凹凸によりピラミッド構造が
散在している場合には、抗力係数がさらに減少する傾向
が見られる。これは、正負ピラミッド構造の空間に流体
の吸着層ができるためである。この吸着層は、一般自然
現象では、物理的に流体と物体との滑りまたはその相互
関係で出来るミクロの空間部のことで、その空間部をマ
クロ的に凹凸により表出した点にこの発明の特徴があ
る。
散在している場合には、抗力係数がさらに減少する傾向
が見られる。これは、正負ピラミッド構造の空間に流体
の吸着層ができるためである。この吸着層は、一般自然
現象では、物理的に流体と物体との滑りまたはその相互
関係で出来るミクロの空間部のことで、その空間部をマ
クロ的に凹凸により表出した点にこの発明の特徴があ
る。
【００１７】そして、規則正しく配列された凹部または
凸部からなるピラミッド構造の吸着層により、流体の流
れの中におかれた物体に抵抗が加わるときに、その振
幅、振動を小さくしようとする力と、自然に流れの軌道
上に戻ろうとする復元力が強く働き、物体が直線的また
は規則正しく方向付けられ、結果的には、物体表面の滑
りのエネルギーのロスがなくなり、物体の抵抗や振動が
相対的に小さくなる。
凸部からなるピラミッド構造の吸着層により、流体の流
れの中におかれた物体に抵抗が加わるときに、その振
幅、振動を小さくしようとする力と、自然に流れの軌道
上に戻ろうとする復元力が強く働き、物体が直線的また
は規則正しく方向付けられ、結果的には、物体表面の滑
りのエネルギーのロスがなくなり、物体の抵抗や振動が
相対的に小さくなる。
【００１８】壁面にはこの吸着層を有するため、その壁
面がタイヤのトレッド面であるときには、雪面であって
も安定した走行作用が得られる。また、この発明の壁面
における流体の抵抗軽減構造は、環境汚染の防止のため
に、ごみ、ちり、硫化物の吸着装置としても使用でき
る。
面がタイヤのトレッド面であるときには、雪面であって
も安定した走行作用が得られる。また、この発明の壁面
における流体の抵抗軽減構造は、環境汚染の防止のため
に、ごみ、ちり、硫化物の吸着装置としても使用でき
る。
【００１９】
【実施例】次に、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。
明する。
【００２０】図１ないし図４は、第一発明の一実施例を
示し、その壁面における流体の抵抗軽減構造をヘルメッ
トＨに実施した場合を示したものであるが、車両や航空
機、ロケット等においても同様に実施することができ
る。
示し、その壁面における流体の抵抗軽減構造をヘルメッ
トＨに実施した場合を示したものであるが、車両や航空
機、ロケット等においても同様に実施することができ
る。
【００２１】実施対象となる壁面１は、ヘルメットＨの
外面全体であっても良いのであるが、この場合は、下半
部の両側面にのみに（二点鎖線で囲まれた箇所）、大凹
部３と小凹部５とが規則的に配列される。このようにす
ると、殊に直線性が良くなり、また、浮力が生じるため
に、例えば、スキーのジャンプ競技において使用する
と、空中姿勢の安定性が得られるとともに、飛距離が飛
躍的に向上する。
外面全体であっても良いのであるが、この場合は、下半
部の両側面にのみに（二点鎖線で囲まれた箇所）、大凹
部３と小凹部５とが規則的に配列される。このようにす
ると、殊に直線性が良くなり、また、浮力が生じるため
に、例えば、スキーのジャンプ競技において使用する
と、空中姿勢の安定性が得られるとともに、飛距離が飛
躍的に向上する。
【００２２】大凹部３と小凹部５は、それぞれ球面の一
部をなすような形状であって、その配列については、縦
横にそれぞれ大凹３部と小凹部５とが交互に並んでいる
（図２）。これを別の角度から見ると、大凹部３の回り
に四個の小凹部５が配列される負ピラミッド構造Ｐｂを
有するとともに（図３）、小凹部５の回りに四個の大凹
部３が配列される正ピラミッド構造Ｐａを有する。
部をなすような形状であって、その配列については、縦
横にそれぞれ大凹３部と小凹部５とが交互に並んでいる
（図２）。これを別の角度から見ると、大凹部３の回り
に四個の小凹部５が配列される負ピラミッド構造Ｐｂを
有するとともに（図３）、小凹部５の回りに四個の大凹
部３が配列される正ピラミッド構造Ｐａを有する。
【００２３】浮力については、抵抗軽減構造をこのよう
にヘルメットＨの膨らみのある箇所よりも下方に設ける
と、下部の風が凹部３，５により吸着され、その箇所に
おいて風の流れが弱くなり、下部から上部へと浮力が付
くことになる。なお、滑降の場合は、むしろスキーが雪
面に常時接合していると、その接合面に滑る力が生じる
ことからスピードが出やすいので、凹部３，５を逆にヘ
ルメットＨの上半部に付けることが望ましい。
にヘルメットＨの膨らみのある箇所よりも下方に設ける
と、下部の風が凹部３，５により吸着され、その箇所に
おいて風の流れが弱くなり、下部から上部へと浮力が付
くことになる。なお、滑降の場合は、むしろスキーが雪
面に常時接合していると、その接合面に滑る力が生じる
ことからスピードが出やすいので、凹部３，５を逆にヘ
ルメットＨの上半部に付けることが望ましい。
【００２４】図５は、第二発明の一実施例を示したもの
で、大凸部７と小凸部９との配列については、前記実施
例と同様である。そして、大凸部７の回りに小凸部９が
配列される正ピラミッド構造Ｐａを有するとともに、小
凸部９の回りに大凸部７が配列される負ピラミッド構造
Ｐｂを有する。
で、大凸部７と小凸部９との配列については、前記実施
例と同様である。そして、大凸部７の回りに小凸部９が
配列される正ピラミッド構造Ｐａを有するとともに、小
凸部９の回りに大凸部７が配列される負ピラミッド構造
Ｐｂを有する。
【００２５】図６は、パイプＦに第一発明を実施した場
合を示したもので、パイプＦの内周面に図２と同じよう
に大凹部３と小凹部５とが配列される。このようにする
と、パイプＦ内を流れる流体の抵抗が軽減され、流体が
円滑に流れることになる。殊に、人工血管に適用すれ
ば、人工血管の着用による患者の負担が軽減される利点
がある。
合を示したもので、パイプＦの内周面に図２と同じよう
に大凹部３と小凹部５とが配列される。このようにする
と、パイプＦ内を流れる流体の抵抗が軽減され、流体が
円滑に流れることになる。殊に、人工血管に適用すれ
ば、人工血管の着用による患者の負担が軽減される利点
がある。
【００２６】図７は、壁面１に仮想正五角形１２と、仮
想正六角形１３とを規則的に配列し、その中に大凹部
３、中凹部４または小凹部５（それぞれ凸部であっても
良い）によりピラミッド構造を構成したものである。
１：ｒを黄金比というが、正五角形がこの黄金比を最も
代表し、その安定性からさらに抗力係数が下がり、流体
の抵抗が著しく低減される。
想正六角形１３とを規則的に配列し、その中に大凹部
３、中凹部４または小凹部５（それぞれ凸部であっても
良い）によりピラミッド構造を構成したものである。
１：ｒを黄金比というが、正五角形がこの黄金比を最も
代表し、その安定性からさらに抗力係数が下がり、流体
の抵抗が著しく低減される。
【００２７】図８は、凹部８と凸部１０との混合配列に
より正負ピラミッド構造Ｐａ，Ｐｂを構成した場合を示
したものである。
より正負ピラミッド構造Ｐａ，Ｐｂを構成した場合を示
したものである。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、この発明は、壁面
に極簡単な凹部または凸部を配列してピラミッド構造を
構成することにより、流体に乱流を起こしそれを強く吸
着できる吸着層を生じさせ、壁面における流体の抵抗を
著しく軽減できることに成功したものであって、例え
ば、これをヘルメットに実施すれば、空気抵抗が著しく
軽減されるばかりでなく、直線性が生じることによって
走行の安全性等が得られ、また、車両や航空機、ロケッ
ト等に実施すれば、省エネに適することは勿論、安全可
能なスピードの向上を図ることができ、さらに、人工血
管に実施すれば、患者の負担を軽減できる等の数々の優
れた効果を奏するものである。
に極簡単な凹部または凸部を配列してピラミッド構造を
構成することにより、流体に乱流を起こしそれを強く吸
着できる吸着層を生じさせ、壁面における流体の抵抗を
著しく軽減できることに成功したものであって、例え
ば、これをヘルメットに実施すれば、空気抵抗が著しく
軽減されるばかりでなく、直線性が生じることによって
走行の安全性等が得られ、また、車両や航空機、ロケッ
ト等に実施すれば、省エネに適することは勿論、安全可
能なスピードの向上を図ることができ、さらに、人工血
管に実施すれば、患者の負担を軽減できる等の数々の優
れた効果を奏するものである。
【図１】一実施例を示すヘルメットの側面図である。
【図２】同要部を拡大して示す側面図である。
【図３】同要部の拡大断面図である。
【図４】流体の流れを説明する同ヘルメットの平面図で
ある。
ある。
【図５】他の実施例を示す断面図である。
【図６】さらに他の実施例を示す断面図である。
【図７】さらに他の実施例を示す平面図である。
【図８】さらに他の実施例を示す断面図である。
【図９】一般的流体の流れの説明図である。
１ 壁面
３ 大凹部
４ 中凹部（大小兼ねる）
５ 小凹部
７ 大凸部
８ 凹部
９ 小凸部
１０ 凸部
Ｐａ 正ピラミッド構造
Ｐｂ 負ピラミッド構造
Claims (3)
- 【請求項１】 空気や水等の流体の抵抗を受ける壁面
に、多数の大小凹部を規則的に配列し、その配列につい
ては、大凹部を複数の小凹部が囲む負ピラミッド構造
と、小凹部を複数の大凹部が囲む正ピラミッド構造とを
併有することを特徴とする壁面における流体の抵抗軽減
構造。 - 【請求項２】 空気や水等の流体の抵抗を受ける壁面
に、多数の大小凸部を規則的に配列し、その配列につい
ては、大凸部を複数の小凸部が囲む正ピラミッド構造
と、小凸部を複数の大凸部が囲む負ピラミッド構造とを
併有することを特徴とする壁面における流体の抵抗軽減
構造。 - 【請求項３】 空気や水等の流体の抵抗を受ける壁面
に、いずれかが他方を囲む多数の凹部と凸部を規則的に
配列し、凹部と凸部との高低差により正負のピラミッド
構造を構成したことを特徴とする壁面における流体の抵
抗軽減構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18556991A JPH0510309A (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | 壁面における流体の抵抗軽減構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18556991A JPH0510309A (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | 壁面における流体の抵抗軽減構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0510309A true JPH0510309A (ja) | 1993-01-19 |
Family
ID=16173104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18556991A Pending JPH0510309A (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | 壁面における流体の抵抗軽減構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0510309A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000055014A (ja) * | 1998-08-05 | 2000-02-22 | Koichi Nagahisa | 流体の抵抗緩和装置 |
| JP2009281505A (ja) * | 2008-05-22 | 2009-12-03 | Yokohama Rubber Co Ltd:The | マリンホース |
| JP2010007846A (ja) * | 2008-06-30 | 2010-01-14 | Kitakyushu Foundation For The Advancement Of Industry Science & Technology | 流動抵抗低減構造 |
| US20100126404A1 (en) * | 2004-02-17 | 2010-05-27 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Surface Topographies for Non-Toxic Bioadhesion Control |
| US20100226943A1 (en) * | 2004-02-17 | 2010-09-09 | University Of Florida | Surface topographies for non-toxic bioadhesion control |
| CN103321991A (zh) * | 2012-03-19 | 2013-09-25 | 周向进 | 一种降低汽车、火车、飞机空气阻力的方法 |
| US10150245B2 (en) | 2008-11-11 | 2018-12-11 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Method of patterning a surface and articles comprising the same |
-
1991
- 1991-06-28 JP JP18556991A patent/JPH0510309A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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