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JP2001050215A - カルマン渦低減体 - Google Patents

カルマン渦低減体

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Publication number
JP2001050215A
JP2001050215A JP11227758A JP22775899A JP2001050215A JP 2001050215 A JP2001050215 A JP 2001050215A JP 11227758 A JP11227758 A JP 11227758A JP 22775899 A JP22775899 A JP 22775899A JP 2001050215 A JP2001050215 A JP 2001050215A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
karman
karman vortex
reducing body
sheet
vortex
Prior art date
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Pending
Application number
JP11227758A
Other languages
English (en)
Inventor
浩伸 ▲黒▼川
Hironobu Kurokawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
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Publication of JP2001050215A publication Critical patent/JP2001050215A/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C21/00—Influencing air flow over aircraft surfaces by affecting boundary layer flow
    • B64C21/10—Influencing air flow over aircraft surfaces by affecting boundary layer flow using other surface properties, e.g. roughness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/32—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls
    • B63B1/34—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls by reducing surface friction
    • B63B1/36—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls by reducing surface friction using mechanical means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/10—Drag reduction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/10—Measures concerning design or construction of watercraft hulls

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カルマン渦の低減を図る部材について、応用
範囲の拡大と適用部位の自由度を高める。 【解決手段】 (1)流体が接する物体表面に着脱自在
で、表面に凸部、凹部、凸条又は凹溝を多数設けた基材
からなるカルマン渦低減体１や、(2)流体が接する物体
表面に着脱自在な凸部、凹部、凸条又は凹溝からなるカ
ルマン渦低減体である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多数設けた凸部等
により、風切り音の原因となるカルマン渦の発生を抑制
するカルマン渦低減体に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、空気中を高速に移動する自動車
では、相対的に空気が自動車の前方から後方へと自動車
表面に沿って移動する。このとき、フロントガラスと屋
根との境、リアエンド、スポイラー等のエッジ部や、ド
アミラーとドアとの隙間で空気の流れの剥離が生じ、乱
流が生ずる。自動車の速度によっては、この乱流が規則
性を持って大きな渦(カルマン渦)を作ることがあり、風
切り音を発生させるだけでなく、空気抵抗を高める原因
となっていた。
【０００３】とりわけ、近年テールランプ等を収納する
スポイラーは肉厚となり、前後幅を一定内に収めるた
め、どうしてもテールエンドが切り立ったエッジ部にな
ってしまい、上記カルマン渦の発生が余儀なくされてい
た。そこで、このスポイラーに関して、風切り音の低減
を狙った技術(特開平09-002339号、特開平10-045046号)
が開示されている。いずれも、スポイラー途中に段差を
設けて、予め小さな渦を発生させることで、風切り音の
原因ともなるカルマン渦の発生を防止する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】スポイラーに段差を設
ける上記技術は、カルマン渦の発生を抑止する技術とし
て巧妙であり、優れている。しかしながら、予めスポイ
ラーと一体になった段差の成形は、製造メーカー以外の
対応が難しく、またデザイン的にも自動車所有者の希望
通りにはいかない問題がある。
【０００５】カルマン渦が発生する部位の風上で新しい
小さな乱流を不規則に生成することにより、カルマン渦
の発生を抑えて風切り音を抑制することは、カルマン渦
による空気抵抗の増加を抑えることにも繋がる。よっ
て、この技術思想を広く流体の剥離に基づく騒音の低減
や流体抵抗の低減等に応用できれば好ましく、また、自
動車等では所有者自らが任意に凹凸部位等を形成できる
ようになるとよい。そこで、応用範囲の拡大と適用部位
の自由度を高めるため、着脱自在な部材について検討す
ることとした。
【０００６】
【課題を解決するための手段】検討の結果開発したもの
が、(1)流体が接する物体表面に着脱自在で、表面に凸
部、凹部、凸条又は凹溝を多数設けた基材からなるカル
マン渦低減体である。凸部、凹部、凸条又は凹溝は、い
ずれも物体から剥離しようとする流体が、大きな渦(カ
ルマン渦)を作らないように、予め小さな渦に分散させ
る働きを有する。凸部等を取り付ける対象たる物体の表
面が基材を取り付けるに不都合である場合等には、(2)
流体が接する物体表面に着脱自在な凸部、凹部、凸条又
は凹溝からなるカルマン渦低減体が便利である。これ
は、凸部等が１個毎に独立している。物体表面の曲面が
極端に変化している場合でも、その曲面に沿って容易に
凸部等を並べながら取り付けることができる。
【０００７】凸部又は凹部は、普通自動車の場合で直径
0.5〜20mmの半球形状を基本とし、各種多角形形状や楕
円体等も略同程度の大きさで形成する。取付対象となる
物体が前記普通自動車に対してスケールアップ又はダウ
ンした場合、スケールに合わせて凸部又は凹部の大きさ
を拡大又は縮小する。凸部のみ、凹部のみ、又は両者の
混在は自由である。凸条又は凹溝は、幅又は高さが0.5
〜20mm、好ましくは1.0〜15mmの範囲にあればよく、連
続的に配列してもよいし、基材表面に断続的に並べても
よい。凸条又は凹溝の延設方向は、流体の主たる流れ方
向に直交する向きが好ましいが、実際の流体の流れは不
規則なので、流体の最も流れる確率の高い流れ方向に交
差して設けられればよい。凸条のみ、凹溝のみ、又は両
者の混在は自由であり、凸部又は凹部との組み合わせも
可能である。
【０００８】ここにいう流体とは、主として空気、水で
あるが、およそ物体に対して相対的に移動していくもの
を指す。物体とは、通常、流体中を移動するものを意味
し、空気中における自動車や水上の船舶等を指すが、逆
に風にさらされるビル等も含む。すなわち、ビルの場合
には、物体が停止し、流体が流れを持って物体に衝突す
る形態となる。およそ流体と物体とに相対的な速度差が
あれば本発明が適用可能である。
【０００９】具体的なカルマン渦低減体には、(a)基材
が可撓性のあるシートであり、このシート裏面に粘着
(接着を含む)層を有するカルマン渦低減体(シートタイ
プ)、(b)基材が剛性のある板材であり、着脱対象となる
物体に対してボルト締、リベット留め等の機械的手段に
より任意に着脱できるようにしたカルマン渦低減体(ボ
ードタイプ)がある。シートタイプは、曲面のあるとこ
ろへテープ、シール又はステッカーとして貼り付け、任
意の部位へ凸部等を並べることができる。自動車や扇風
機の羽根等に、個人が自ら貼る場合に適している。ボー
ドタイプは、取付強度が必要な場合に、強固に基材を物
体に取り付け、不意の剥離を防止することができ、例え
ば船舶やビルの外壁に凸部等を並べる場合に適してい
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１はシートタイプの各種カルマン渦低減体
１を貼着した自動車の側面図、図２は半球状凸部２を配
列したシートタイプのカルマン渦低減体１の全体斜視
図、図３は同カルマン渦低減体１における半球状凸部２
の配列を表した一部斜視図であり、図４は同カルマン渦
低減体１による空気３の撹乱作用を説明する一部側面図
である。本例は、ワンボックス様の普通自動車のフェン
ダーカバー４、サイドアンダーカバー５、フロントガラ
スエンド６(天井面前縁)、ドアミラー７内面、サイドバ
イザー43、リアスポイラー８下面、そしてサイドエンド
９(側面後縁)それぞれに、個別のシートタイプのカルマ
ン渦低減体１を貼着した例である。例示以外のカルマン
渦低減体及び図示以外の部位へのカルマン渦低減体の貼
着は自由である。
【００１１】図１に見られるように、本発明のカルマン
渦低減体１を、それぞれ進行方向に対して空気の剥離が
生ずる虞れのある部位へ貼着する。各部に貼着したカル
マン渦低減体１の形状、大きさは異なるが、いずれも図
２に見られるようなシートタイプになっている。すなわ
ち、可撓性のある合成樹脂シート10を基材として、この
シート10表面に一体で合成樹脂の半球状凸部２を成形
し、シート裏面には粘着層11、そして剥離シート12を貼
っている。使用にあたっては、まずカルマン渦低減体１
を貼着対象部位に合わせて切り出し、シート裏面の剥離
シート12を剥がして自動車表面に貼着する。
【００１２】代表として、フェンダーカバー４(図１参
照)に貼着したカルマン渦低減体１を挙げれば、このカ
ルマン渦低減体１は、図２及び図３に見られるように、
半球状凸部２が一定間隔で配列した外観を有する。こう
したカルマン渦低減体１を自動車表面に貼着した場合、
図４に見られるように、進行方向から流れてくる空気３
の乱流が、改めて各凸部２にぶつかって崩され、乱流の
規則性を損なわせ、各渦自体を小さなものにして、カル
マン渦を形成させないようにする。こうして、風切り音
が抑えられるほか、カルマン渦の生成により生じていた
空気抵抗が低減して、例えば自動車の場合では、燃費の
向上等の効果に繋がる。
【００１３】本発明は、流体の剥離が生じる部位へ凸部
等を配して、乱流を崩してカルマン渦への発展を防止す
るもので、凸部の形状を問わないほか、凹部、凸条又は
凹溝でも構わない。図５〜図16は代表的なカルマン渦低
減体１の図３相当斜視図であり、図５は円錐台凸部13の
配列、図６は四角錐(ダイヤモンド錐)凸部14の配列、図
７は半楕円体凸部15の配列、図８は三角錐凹部16の配
列、図９は半球状中ぐり衝立凸部17の配列、図10は三角
断片引き起こし凸部18の配列、図11は変形四角錐(ダイ
ヤモンド錐)凸部19の配列、図12は三角断面凸条20の配
列、図13は台形断面凸条21の配列、図14は三角断面凹溝
22の配列、図15は半円断面凸条23及び凹溝24を組み合わ
せた配列、そして図16は風紋様凸条25の配列をそれぞれ
表している。
【００１４】図５及び図６の円錐台凸部13や四角錐凸部
14は、図３の半球状凸部２と変わらず無指向性で、カル
マン渦低減体１を貼着する場所を選ばない。図７は半楕
円体凸部15が一方向に長細いので、半楕円体凸部15の延
在方向が空気３の流れの主たる方向Ｆ(図中白抜き矢印)
と合致するように、カルマン渦低減体１を貼着するとよ
い。図８の三角錐凹部16も図７同様に方向性を有する
が、いずれの方向性も絶対的なものではなく、カルマン
渦発生の抑制の観点からは、いずれの方向から空気が流
れてきても問題はない。積極的に方向性を付加するもの
として、図９及び図10に見られるカルマン渦低減体１が
ある。両者とも、空気の流れの主たる方向Ｆ(図中白抜
き矢印)でのカルマン渦低減の効果が最良となる。図11
の例は、変形四角錐凸部19をより密に並べる凸部形状及
び配列の例で、上記例示(図１)ではサイドアンダーカバ
ー５に進行方向を向けて配列している。凸部又は凹部
は、以上例示したように規則的な配列を基本とするが、
不規則であってもよい。
【００１５】凸部又は凹部に代えて、凸条又は凹溝を用
いることもできる。基本的には、図12に見られるような
三角断面凸条20の連続的な配列、図13に見られるような
台形断面凸条21の断続的な配列の例、そして図14に見ら
れるような三角断面凹溝22の断続的な配列の例を示すこ
とができる。凸条と凹溝とは一対の関係にあって、凸条
の形成は凹溝の形成と見ることもできる。例えば、図15
に見られるように、半径比２：１の半円断面凸条23と半
円断面凹溝24とを交互に配列してもよい。このほか、図
16に見られるように、デザイン性を高めた風紋様凸条25
を配列しても構わない。この凸条又は凹溝においても、
例示したような規則的な配列のほか、不規則な配列であ
ってもよい。また、例示は省略するが、凸部、凹部、凸
条又は凹溝の組み合わせであってもよい。
【００１６】図17〜図22は、本発明の適用例を示す斜視
図(図17、図21及び図22)、側面図(図18及び図20)又は正
面図(図19)で、図17はタンカー26への適用例、図18はヘ
ルメット27への適用例、図19は扇風機28への適用例、図
20は建設機械29への適用例、図21はビル30への適用例、
そして図22は橋梁31への適用例をそれぞれ示す。本発明
は、流体中を移動する物体、上記例示の自動車等への適
用を基本とする。自動車の他には、図17に見られるよう
に、タンカー26の船首部位32や船尾部位41へのカルマン
渦低減体１の取り付けを例示できる。この場合、進行時
に脱落しないように、カルマン渦低減体１を鋼鈑等で構
成したボードタイプとし、ボルト締で固定する。船舶の
船首部位32はもっとも渦が発生しやすく、この渦が抵抗
となっていた。本発明を適用することで、前記渦が小さ
くなり、船舶の相対的な構造強度の向上や燃費の改善を
図ることができる。例示のほかに、列車等にも適用でき
る。
【００１７】流体中を移動する物体は、交通機関に限ら
ない。例えば、オートバイ運転者のヘルメット27も、空
気中を高速移動する。とりわけ、バイザー取付部位33は
どうしても継ぎ目が生じて風切り音が発生しやすかっ
た。そこで、図18に見られるように、バイザー取付部位
33や、ヘルメット27の下縁エッジ部34及び側部後方42に
カルマン渦低減体(シートタイプ)１を取り付けると、耳
障りな風切り音を低減できる。ヘルメット27は頭部に装
着し、バイザー取付部位33の風切り音は直接的に耳に聞
こえていたので、体感的に大幅な静ひつ性が得られるこ
とになる。
【００１８】また、風切り音の発生でいえば、扇風機28
の羽根35の音も耳障りである。そこで、図19に見られる
ように、各羽根35のエッジ部36にカルマン渦低減体(シ
ートタイプ)１を取り付けると、風切り音が低減され
る。カルマン渦低減体１を着色しておくと、デザイン的
に扇風機28を演出できるようになり、また遠く離れた人
に対して羽根35の回転の有無を知らせることができる利
点がある。
【００１９】風切り音は、流体に対して物体が停止して
いても生ずる。このため、風や流水に対して対立して位
置固定する物体に対して、本発明のカルマン渦低減体の
適用が可能である。例えば、図20に見られるように、全
長が長いアーム37を有する建設機械29に対して、そのア
ーム37にカルマン渦低減体(シートタイプ又はボードタ
イプ)１を取り付ける。強風に対立するアーム37は、カ
ルマン渦の発生によって、建設機械29の安定性を損なわ
せるが、本発明のカルマン渦低減体１を取り付けること
で、そうした問題を解決できる。
【００２０】本発明のカルマン渦低減体１は、物体の大
きさにとらわれず、適用できる。先の建設機械のよう
に、風に対して対立する物体として、ビルを例示でき
る。とりわけ、高層ビル30又はマンションではエッジ部
38で大きな渦を発生させ、風切り音を発生させるだけで
なく、周囲の気流を乱して、稀にビル風という突風を吹
かせる。そこで、図21に見られるように、前記エッジ部
38にカルマン渦低減体(アングル状ボードタイプ)１を取
り付けることで、こうした大きな渦の発生を抑制でき
る。このような大きな物体への適用に際しては、金属板
やセラミックス板からなるボードタイプのカルマン渦低
減体や、凸部等のみを個別に取り付けて配列するカルマ
ン渦低減体を用いる。特に、セラミックス板は耐候性に
富み、屋外での長期使用が前提となるビル30への適用に
は適している。
【００２１】また、水流に対立して位置固定した建造物
として、橋梁31の橋脚39にカルマン渦低減体１を適用す
る例を示すことができる。特に、河川40に架けられた橋
梁31の橋脚39は、常に一方向から水流が衝突し、反対側
に大きな渦からなる巻込みを発生させて川底の土砂をえ
ぐり、場合によっては橋脚39の傾倒、倒壊を招くことが
ある。そこで、図22に見られるように、橋脚39側面にカ
ルマン渦低減体１を取り付け、渦の発生を抑え、ひいて
は橋脚39の安定性を確保するのである。橋脚39の平面部
に対してはシートタイプ又はボードタイプのカルマン渦
低減体を取り付けることができるが、橋脚39の曲面部等
に対しては凸部等を個別にボルト締により取り付けるの
がよい。各凸部は、防錆、強度の観点から、合成樹脂製
又はセラミックス製が好ましい。
【００２２】
【発明の効果】本発明により、これまでより簡単に、か
つ多種多様な対象におけるカルマン渦の低減又は抑制が
実現できる。しかも、カルマン渦低減体は、シートタイ
プ、ボードタイプを問わず、使用者において着脱自在で
あり、とりわけシートタイプでは、使用者自身が自由に
取付部位、範囲、凸部等の選択ができる。このように、
応用範囲の拡大と適用部位の自由度を高めながら、使用
者の意図に合わせて適宜カルマン渦(若しくはカルマン
渦に至らないが風切り音や抵抗を高める渦)の低減又は
抑制した点に本発明の最大の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】シートタイプの各種カルマン渦低減体を貼着し
た自動車の側面図である。
【図２】半球状凸部を配列したシートタイプのカルマン
渦低減体の全体斜視図である。
【図３】同カルマン渦低減体における半球状凸部の配列
を表した一部斜視図である。
【図４】同カルマン渦低減体による空気の撹乱作用を説
明する一部側面図である。
【図５】円錐台凸部を配列したカルマン渦低減体の図３
相当斜視図である。
【図６】四角錐(ダイヤモンド錐)凸部を配列したカルマ
ン渦低減体の図３相当斜視図である。
【図７】半楕円体凸部を配列したカルマン渦低減体の図
３相当斜視図である。
【図８】三角錐凹部を配列したカルマン渦低減体の図３
相当斜視図である。
【図９】半球状中ぐり衝立凸部を配列したカルマン渦低
減体の図３相当斜視図である。
【図10】三角断片引き起こし凸部を並べたカルマン渦低
減体の図３相当斜視図である。
【図11】変形四角錐(ダイヤモンド錐)凸部を配列したカ
ルマン渦低減体の図３相当斜視図である。
【図12】三角断面凸条を配列したカルマン渦低減体の図
３相当斜視図である。
【図13】台形断面凸条を配列したカルマン渦低減体の図
３相当斜視図である。
【図14】三角断面凹溝を配列したカルマン渦低減体の図
３相当斜視図である。
【図15】半円断面凸条及び凹溝を組み合わせて配列した
カルマン渦低減体の図３相当斜視図である。
【図16】風紋様凸条を配列したカルマン渦低減体の図３
相当斜視図である。
【図17】タンカーへの適用例を示す斜視図である。
【図18】ヘルメットへの適用例を示す側面図である。
【図19】扇風機への適用例を示す正面図である。
【図20】建設機械への適用例を示す側面図である。
【図21】ビルへの適用例を示す斜視図である。
【図22】橋梁への適用例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ カルマン渦低減体 ２ 半球状凸部 10 合成樹脂シート 11 粘着層 12 剥離シート Ｆ 流体の流れの主たる方向
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年４月２８日（２０００．４．２
８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流体が接する物体表面に着脱自在で、表
    面に凸部、凹部、凸条又は凹溝を多数設けた基材からな
    るカルマン渦低減体。
  2. 【請求項２】 流体が接する物体表面に着脱自在な凸
    部、凹部、凸条又は凹溝からなるカルマン渦低減体。
  3. 【請求項３】 基材が可撓性のあるシートであり、該シ
    ート裏面に粘着層を有してなる請求項１記載のカルマン
    渦低減体。
  4. 【請求項４】 基材が剛性のある板材であり、着脱対象
    となる物体に対してボルト締、リベット留め等の機械的
    手段により任意に着脱できるようにしてなる請求項１記
    載のカルマン渦低減体。
JP11227758A 1999-08-11 1999-08-11 カルマン渦低減体 Pending JP2001050215A (ja)

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