JPS5888499A - 陸上車輛用フアンのエ−ロフオイル - 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】 ルに関する。

自動車のエンジン冷却用空気ファンハ、一般にある範囲
の低いレイノルズ数と広い範囲の乱れレベルで作動し、
それらの吸込面で過剰な層流剥離を生じさせている。こ
れはファン効率および空気圧送（ｐｕｍｐｉｎｇ）能力
を低下させる。これを改善するために、シリーズ番号Ｎ
ＡＣＡ−６５　　のような典型的ファンエーロフオイル
が用いられている。しかしながらこのようなファンの羽
根デザインでは、陸上車幅の用途に現在型まれているよ
シ高い揚力対抗力比を与えることができなくなっている
。

このような典型的なエーロフオイル構造では、羽根の吸
一込側に層流ＪＩＪ離バブルが生じ、このバブルの長さ
が変化し、レイノ／Ｌズ数力：減少するかあるいは上流
空気の乱れ程度が減じるかあるいはこれら両方が生じた
ときに長くなるのである。したがって、層流剥離バブル
が羽根の吸込面の大きな部分を横切って延びるまで成長
することが可能であり、その結果、バブルを迂回した流
れが羽根の吸込面に再付着しにくくなシ、車輛エンジン
冷却ファン動作に対するよシ高い基準に合わせるのに必
要な高い揚力および効率を得ることができなくなるので
ある。

高い揚力および低い抗力を得、自動車エンジン冷却ファ
ンの良好な圧送効率を達成するには、層流剥離バブルの
下流のできる限り短い距離の所で流れを再付着させ圧力
を回復させる必要がある。

本発明によれば、低いレイノルズ数および乱れ程度が変
化する状態で作動する陸上車輌用ファンのエーロフオイ
ルであって、その前縁から後縁まで延びる圧力面と湾曲
した吸込面とを有し、吸込面エーロフオイルの前縁に非
常に近接して形成された不連続部を有して層流剥離バブ
ルの発生をトリガし、この層流剥離バブルがその前方の
所定点でエーロフオイルに流入する空気の剥離を生じさ
せ、剥離バブルの上方を通過してそれを迂回した空気の
吸込面への再付着を供し、それによって゛高効率ファン
特性のための高い揚力と低４抗力を供するエーロフオイ
ルが提供される。

このようにして、エーロフオイルの羽根の吸込面の前述
の前方点でバブルを発生させて大きな圧力回復面積を与
え、羽根の吸込面に境界空気を再付着させ、この再付着
流を圧力回復表面を横切らせ相当の圧力回復゛を与える
ようにエーロフオイルを適合させることができる。大雑
把に言って、本発明によれば、剥離した流れは急速にま
ぜ合わされ、バブルの端の所で吸込面の最適点において
エーロフオイルに再付着して高い揚力と低い抗力とを与
える。

本発明の１実施例を開発するにあたって、最高の揚力お
よび最低の抗力を与える速度分布または圧力分布を与え
るように羽根表面の数学的断片モデルを作った。このモ
デルは、層流剥離バブルの存在を確かめる°ために、羽
根の吸込面の所定の上流（前方）位置において流れの剥
離を要求するようにデザインされた。この羽根の吸込面
の所定の圧力点では、バブルの下流の流れがまぜ合わさ
れ羽根の吸込面の大きな面積に再付着させられるように
圧力回復が要求された。したがって、揚力を最高とし抗
力を最低とするべく、この数学的モデルの羽根の吸込面
は乱流剥離なしに最短距離において所与の圧力差を与え
る速度分布回復を得るようにデザインされた。その後、
最適状態に定めた速度分布に相当する羽根形状をこのモ
デルから算出した。

とのエーロフオイルの好ましい実施例では、その吸収面
に平坦部、段付部、けがきマーク、空所あるいは粗面な
どの表面不連続部が作られて層流剥離バブルの発生を正
確に一部するようになっている。１つの好ましいデザイ
ンでは、算出した羽根形状の吸込面に平坦部が設けられ
て不連続部となし、正確な位置で層流剥離バブルを発生
させると共に圧力回復区域の上流に剥離流の一部又は全
部を再付着させるようになっている。このエーロフオイ
ルデザイン手順は不連続位置を通じて剥離点を与えると
共に剥離流の再付着点を予測する平らな形状（ｇｅｏｍ
ｅｔｒｙ　）を供する。

この好ましい実施例では、平坦部は羽根の上流吸込面°
に対する接線と９度の角度をなす傾斜部を形成して低レ
イノルズ数流れ状態または広い範囲の乱れレベルのもと
に効果的に圧送を行う。バブルを早期に発生させると、
大きな損失（ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ　ｆａｉｌｕｒ
ｅ　）　（剥離流の再付着なし）を防ぐ制御を供し、ア
イドルヲ含むエンジンファン冷却動作の全範囲にわたっ
て適したデザインとなる。

以下、本発明を添付図面を参照しながら説明する。

第１．２図は陸上車輛で用いるように設計された、詳細
にはエンジン冷却のためにラジェータを通る空気流を導
き入れるようにデザインされた複羽根式ファン組立体１
０を示している。このファンは、ハブ１２と、このハ゛
　ブから略半径方向に延びる複数の羽根１４と、ファン
の羽根になめらかな再循環流を与えるようになっている
環状ベルロ弐入口部１６を備える外リング状シュラウド
１５とを有する。

ファン効率を改善するために、第３図に示すＮＡＣＡ　
−６５シリーズのプロフィールのような典型的なプロフ
ィールを有するエーロフオイル２２がエンジン冷却ファ
ンで用いられている。このようなエーロフオイルは層流
剥離バブル２４を発生させ、これらの層流剥離バブルは
複数の位置で発生し、命令されたファン速度のような流
れ条件に従って成長する。

これらのバブルはエーロフオイルの吸込側を横切って流
れる空気の剥離を生じさせる。この剥離は、たとえば剥
離バブルの直前の点２６で始まる可能性がある。剥離が
生じた後、空気はバブルの上方を流れ通常バブルの下流
のある点でエーロフオイルの吸込面に再付着することに
なる。低レイノルズ数動作、たとえばエンジン設計の限
界またはエンジンのアイドルによる低い相対速度では、
層流剥離バブルは再付着のだめの面積が残シ少なくなる
点まで成長する。この場合、圧力回復が低下して揚力が
相当減少し抗力が増加する。「バブル破綻Ｊ　（ｂｕｂ
ｂｌｅ　ｂｕｓｔｉｎｇ）とも呼ぶべき極端な状態では
、バブルはエーロフオイルの圧力回復区域を横切って延
び、再付着ができなくなシ、エーロフオイルの性能が実
質的に低下する。

圧力回復を改善すべく、本発明によれば、第４図に示す
新しい改良されだエーロフオイル３０が提供される。実
施例では、エーロフオイルの翼弦に対−して横方向でか
つエーロフオイルノーズ（先縁）３４に隣接して鋭い縁
を持った平坦部または傾斜部３２の形をした不連続部が
設けられている。この平坦部３２は鋭い前方縁３６から
後方に延び上流羽根衣−面に対する接線Ｔに対して所定
の角度を持って傾斜している。この平坦部は鋭い縁３６
から後方に延び、圧力回復プロフィールの前方の羽根の
湾曲した吸込面になめらかに続いておシ、その結果、た
だ１つの不連続部が与えられ、ただ１つの層流剥離バブ
ルが発生する。

しだがって、本発明によれば、不連続部、主に平坦部３
２の鋭い縁３６によって定められる所定の出発点を有し
かつ傾斜部に沿？て後方に延びるただ１つの層流剥離バ
ブルが発生することになる。傾斜部に沿った特定の点の
所でバブルは終シ、その結果、バブルの回りを流れた空
気が羽根の吸込側・に再付着することになる。この作用
が第５図に示してあシ、この図は本発明による平坦部を
設けたエーロフオイル断片を示してあり、これには二酸
化チタンとオイルの混合物が塗っである。このエーロフ
オイル断片を風胴内に置き、低レイノルズ数の流れをこ
の断片に与えながら流れ可−視化図（第５図）を示した
。低レイノルズ数を含みかつ低い乱流動作を含む広い範
囲にわたるテストにおいて、平坦部の鋭い線３６により
剥離バブル４０がトリガされる。

このバブルは平坦部３２で終り、バブルの回りを流れた
空気はバブルの直後の羽根の吸込面４２（第４．５図）
に沿って平坦部に再付着して揚力、を高めると共に抗力
を減じてエーロフオイル動作を改善する。

第６図は、古典的なエーロフオイル２２と本発明のエー
ロフオイル３０とによる圧力をレイノルズ数を２０万か
ら１０万に減らしながらそれぞれ比較した曲線Ｃ，Ｉを
示している。Ｇ点で、典型的エーロフオイルの層流剥離
バブルが発生し、エーロフオイルの圧力回復区域まで成
長している。たとえば、Ｈ点まで圧力損失はかなり増加
し、揚力は適切であっても抗力が高い状態になっている
。それに対して、曲線工で示す本発明の羽根形状におけ
る層流剥離バブルは所定の下流位置で制御され、圧力損
失は安定しておシ、その結果図示のレイノルズ数動作範
囲全体にわたって揚力が高く抗力が低い状態となってい
る。

第７Ａ、７Ｂ図は本発明の好ましい実施例の展開を説明
している。第７Ａ図の直線は最高の揚力と最低の抗力を
与える速度分布の羽根表面の数学的モデルを示している
。羽根の吸込面曲線Ｓ上のＡ点では、できる限り羽根の
吸込面の原点に近い所で強制的な剥離が生じている。こ
の曲線のＡ−Ｂ部分は回復区域までの流れ剥離の発生を
示している。Ｂ点からＤ点までの曲線（羽根の後縁）は
実用上最短距離の所で圧力回復を生じさせる速度直線の
形を示している。原点ＯからＤ′点まで延びる圧力曲線
Ｐ（羽根の圧力面の後縁）は後縁の厚みを含む羽根の厚
みの見地よシ実際の羽根をデザインするように工夫され
た。この羽根の圧力面は羽根に流入する空気流の旋回量
を制御するようにデザインされておシ、羽根の吸込面と
関連して高い揚力と低い抗力を与える。曲線Ｐが反時計
方向に９０度回転した場合、曲線Ｓ、Ｐ間に形成される
面積はそれによって得られた高い揚力を示す。この数学
的モデルからの表面座標点を用いて、第７Ｂ図に示すエ
ーロフオイル断面がプロットされ、その後、不連続部が
加えられて第４図のエーロフオイルの形を形成する。平
坦部の位置は具体的な数学的モデルの速度分布座標およ
びピーク速度位置に相当する不連続点から決定される。

本発明によれば、表面不連続部を設けることによって、
層流剥離バブルが低レイノルズ数および低乱流状態とは
無関係に湾曲した吸込面の同じ位置で発生し、バブルの
下流の羽根の吸込面に流れを再付着させて圧送揚力およ
び効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明（よるエーロフオイルを組込んだ陸上車
幅の後羽根式ファンの正面図である。 第２図は第１図の２−２線に沿った断面図である。 第３図は古典的なエーロフオイル形状の横断面図である
。 第４図は第１図の４−４線に沿った断面図である。 第５図は羽根の吸込面を横切る空気流の剥離および再付
着を示す、第４図のエーロフオイルの図、で、”ある。 第６図は第３．４図のエーロフオイルの動作特性を示す
グラフ図である。 第７Ａ、７Ｂ図は第４図のエーロフオイルの展開を説明
するプロット図である。 く主要部分の符号の説明〉 １０・・・横羽根式ファン組立体、２２・・・エーロフ
オイル、２４・・・層流剥離バブル、３０・・・エーロ
フオイル、３２・・・平坦部、３６・・・鋭い縁表面座
標 軸線方向／翼弦 手続補正書（方式） ％式％ １事件の表示昭和５７年　特許願第１５０２００号２、
　発明の名称 ３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、代理人 ６　補正の対象　　　　１　図　　面　」別紙の如く、
写真を基にして作成した図面（第５図）１通を提出致し
ます。 ８、添付書類の目録 図　　面（第５図）　　　　１通

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　低いレイノルズ数および乱れ程度が変化する状態で
   作動する陸上車輛用ファンのエーロフォイルであって、
   前縁から後縁まで延びる湾曲した吸込面および圧力面を
   有するエーロフオイルにおいて、前記吸込面（例えば４
   ２）は前記エーロフオイル（例えば３０）の前縁（例え
   ば３４）に非常に近接して形成された不連続部（例えば
   ３２）を有して層流剥離バブル（例えば４０）の発生を
   トリガし、該剥離バブルがその前方所定の点でエーロフ
   オイルに流入する空気の剥離を生じさせ剥離バブルの上
   を通過してそれを迂回した空気の前記吸込面への再付着
   を供し、それによシ高効率ファン特性のだめの高い揚力
   と低い抗力を供することを特徴とするエーロフオイル。 ２、特許請求の範囲第１項記載のエーロフオイルにおい
   て、前記不連続部（例えば３２）は吸込面（例えば４２
   ）の所定の前方位置で前記層流剥離バブル（例えば４０
   ）を発生させ、剥離バブルの上方を流れる剥離空気の再
   付着が剥離バブルの下流に配された圧力回復区域の上流
   で生じることを特徴とするエーロフオイル。 ３、特許請求の範１ｆｉＭ１項記載のエーロフオイルに
   おいて、不連続部（例えば３２）が広い範囲のレイノル
   ズ数および乱れ状態に対℃て同じ所定の点で前記層流剥
   離バブル（例えば４０）の発生をトリガすることを特徴
   トするエーロフオイル。 ４　特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記
   載のエーロフオイルにおいて、前記湾曲した吸込面（例
   えば４２）はエーロフオイルの一側に形成してあシ、前
   記圧力面は湾曲していてエーロフオイルの他側に形成し
   てあシ、前記エーロフオイルの前縁（例えば３４）に非
   常に近接して湾曲した吸込面に形成した不連続部（例え
   ば３２）は鋭い前方縁（例えば３６）を有することを特
   徴とするエーロフオイル。 ５　特許請求の範囲第４項記載のエーロフオイルにおい
   て、前記エーロフオイルの湾曲した吸込面（例えば４２
   ）の前記不連続部（例えば３２）は前記その前方縁（例
   えば３６）から下流方向に延びる平らな羽根輪郭を包含
   し、前記層流剥離バブル（例えば４０）を迂回した空気
   の再付着が核子らな羽根輪郭の所で生じることを特徴と
   するエーロフオイル。 ６　特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記
   −載のエーロフオイルにおいて、エンジン冷却のだめに
   空気を循環させる車輛ファン（例えば１０）の複数の周
   方向に１１１ＪＩＪした同様のエーロフオイル（例えば
   １４）の１つであり、該ファンが中央ノ１ブ（例えば１
   ２）を有し、前記複数のエーロフオイルが該ハブから略
   半径方向に延ひ、それぞれの先端部分で終端しているこ
   とを％徴とするエーロフォイル。