Title Author(s) Citation Issue Date URL 遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 奈良迫, 嘉一 鹿児島大学水産学部紀要=Memoirs of Faculty of Fisheries Kagoshima University, 25(2): 51-169 1976-12-25 http://hdl.handle.net/10232/13663 http://ir.kagoshima-u.ac.jp Mem・Fac、Fish・KagoshimaUniv, Vol、25,No.2,pp、51∼169(1976) 遊泳魚体の低抵抗’性に関する基礎的研究* 奈良迫嘉一** FundamentalStudiesontheLow-resistance ofSwimmingFish YoshikazuNARAsAKo Abstract Ithasbeenconfirmedthatthebody−resistanceofalivingfishinwaterisfarless thanthatofanyfish−like-formedrigid-body・ Andaccordingtothehydro-dynamicalcalculations,betweentheco-efficient-valuesof theirfrictionalresistances,thereseemstobeadifferenceofl/10order・ Inordertoclarifytheprocessofthisresistance-reduction,variousresistance-tests werecarriedout,withtheuseofalotofmodels,bytheauthor,basingonthehitherto ascertainedview-points,namely:‘PassiveFish-skinEifect,,‘S1imeEffect,,‘S1otting EffectderivedfromtheGill-cover-holes,,‘ActiveFish戸skinEffect,andthe‘Caudal-fin E f f e c t , . (1)TheEffectsofPassive-skin,S1imeandS1ottingontheresistance-reduction HavinggotahintfromKraemer'sDolphin-model,theauthormeasuredthehardness ofthebodiesoflivingScombroidandFrigatemackerel,andmademodelsofsilicone rubberhavingthehardnesssimilartothoseofthetwofishes, Someexperimentsweremade,inordertomakearesistance-comparisonbetweenthe rigidandtheflexiblemodels,attheKagoshima-UniversityCirculating-water-channel, withintheReynoldsnumber:0.5×105∼9.0×105. Consequentlyitwasconfirmedthatgenerallytherewaslittledifferencebetweenthe rigidlybodiedmodelandtheflexiblybodiedone・ AstotheeffectofoilcoatedonthesurfaceoftheEsh戸model,itwasascertainedthat thefish-oilwhichwasusedusually,forexample,awhale-oil,ratherincreasedthe resistancethanotherwise,withtheauthor,sfailureinconfirmingtheeffectofslime− ‘Tomseffect,bypolymers・ Andconcerningtheeffectscomingfromtheopenedortheclosedmouthofthefish, andfromtheopenedorclosedgill−coverofthefish,respectively;theexpectedslotting effectbyjet-flowfromgill-cover-holeswasnotrecognized;converselyitwasascert‐ ainedthattheresistancewasmaderatherlargerbytheeffectcomingfromtheopened mouthandtheopenedgill-cover・ Basingontheview-pointofrespiratorymovementoffishinsea-water,thecalculated velocityofjet-flowingfromthegill-cover-holeswasfoundtobequitenegligible・ Consequently,theeffectofslottingduetothemotionofthegill-coverholesonresis− tancereductionwasfxedtobenegative. *東京大学審査学位論文(ThesissubmittedforthedegreeofDoctorofAgricultureatthe UniversityofTokyo,Dec、1975). **漁船工学研究室(LaboratoryofEngineeringofFishingVessel,FacultyofFisheries,Kago‐ shimaUniversity) 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) 5 2 (IDTheeffectofactiveskinonresistancereduction Furthermore,theeffectsoftheactiveEsh戸skingeneratedbytheharmoniousmotions ofthescale-plates,ortheinfluencesofthequasi-harmonious-motionofthebody-surface ontheresistance-reductionwereinvestigated・ Fortherealizationofthis,referringtotheexperimentalresultsobtainedbyFrank Essapian(1955)onthelivingporpoise,theauthorpreparedatwo-dimensionalstream‐ 1ineformmodel,calledactiveskin,thebothsidesofwhichcontainseriesofscaleplatesundulatingtwo-dimensionanywithvariousperiods・ Theresistance-testswerecarriedoutonthefollowingtwocases:thefrstcasein whichthescale-platesofthebothsideswerefixed,andthesecondcaseinwhichthe scale-platesmovequasi-harmoniously・ Furthermore,itwasclarifiedexperimentallythatthemodel-resistancecouldbemade decreasedwhentheseriesofthescale-platesonthebothsidesmovequasi-harmoniously withaproperfrequencyandwithaproperphase-differencekeptbetweenStarboardside andPortsideandtheprocessofresistance-reductionwasexaminedthroughtheHow− visualizationmethod・ Theauthorfoundthattheconditionofmaximumresistance-reductionwastobeshown bythefollowingexperimentalequations,withtheeffectofactiveskinhavingス/2 phase-differencekeptbetweenS・andP.、 Amplitudesofscale-plates,Forepart→Aftpart(gradualincrease) y=0.099+0.546jV Amplitudesofscale-plates,F・一〉A・(gradualdecrease) 〃=0.015十0.648N 〃:Advancevelocityofmodel(BodyLength/sec、) Ⅳ:Cyclepersec・ofProgressivewavebyscaleplates TheseequationshaveacloseresemblancewiththefollowingMagnuson&Prescott,s experimentalequationforswimmingvelocityofPacincbonitointheovalfishtankin theMarinelandofthePacifc,Palosverdes,California. 〃=0、491+0.639N y:Swimmingvelocityofnsh(BodyLength/sec、) Ⅳ:Tail-beatpersecond Thereforewecanassumethattheswimmingofanyfishisbeingcarriedoutwhile thefishismanagingtokeeptheresistanceofitsbodyatitsminimuminthewater. (Ⅲ)TheeifectsofCaudalFinonresistance-reduction ・Toascertaintheeffectofpassivecaudal-fin,theresistance-testofcylinderwithvinyl fluttering-finattatchedbehinditinwaterwascarriedout,whileinordertoconfirm theeffectofactivecaudalfintheswimmingmotionsoffishesinwaterwithorwithout caudalfinwereexamined・ Astheresu1toftheabovementionedexperiments,itwasascertainedthatthemaximumreductionratioofresistancewasgottenwhenthelengthoftheflutteringfnlay withintherangefrom3dto7d(d:diameterofcylinder). Astheresultofthelatterexperiment,itwasassumedthattheeffectofcaudalnn mainlycontributedtomakethecoursesecuredintheswimmingmotionofansh. ThereforetheeffectofthecaudalEnwasfixedtobequiteimportantoneingiving theresistance-reductioncapacitytothemotionoftheswimmingfish,aswellasthe effectoftheactiveskin・ Astheimportantfactorsingivingthelow-resistancecapacitytoaswimmingfsh, theauthorproposedtheeffectsofactiveskin,ofcaudalfnandofslime,inthisorder・ Especially,theformertwoeffectswereconsideredtobelargelycontributivetothe 奈良迫3遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 5 3 resistance-reductioncapacityoftheswimmingfishbodyinthewater,whichperhaps maybeduetothesuppressionofeddyresistancewhichistobebroughtforthbythe combinedmutualactionsoftheactiveskinandthecaudalfn、 Throughthesemutualactions,theformationoftheboundarylayermightbeprevented andtheflow-separationcouldbeavoided,too. 目 次 (ii)流れの可視化…..…………….………64 V−3実験の結果…………・….…………….65 V−4能動的表皮効果の考察・……・…….…66 1緒論……・……・…………………….…53 11剛体と同形弾性体との比較(受動的表 皮効果)……・………・……………………・……56 11−1実験装置……・……・…・………………56 11−2剛体平板の実験……………..…….…57 11−3剛体並びに同形弾性体の抵抗実 験・…・…………・……………・…・……・…58 (i)平板の実験…・…・……………………・58 (ii)サバの実験・…………………………・・58 (iii)カツオの実験……・…・………….……59 (iv)本体流線型の実験………….…・…・…59 11−4受動的表皮効果の考察…..…………・59 111粘液効果。.………………………………・…60 1Vスロット効果・…・………………・……………60 Ⅳ−1鯛蓋からの吹出しについての思 考実験・……・…………・…………………61 1V−2鯛蓋からの吹出しについての模 型実験……・………………………・……・63 1V−3スロット効果の考察・……..…………63 Vactiveskinの効果(能動的表皮効果)…63 V−1activeskin模型・……・…………….63 V−2実験の方法……………………………64 VIflutteringfinをつけた円柱の水中抵 抗試験(尾鰭の効果)・…………………..……67 V1−1実験の方法・……………………・…・…67 (i)抵抗測定。.…………………………・…67 (ii)流れの可視化・……・………・…………67 Ⅵ−2実験の結果……・……..………………67 VI-3flutteringfinの効果の考察 (受動的鰭)・…・……..…・…………・…68 V1−4実物魚による(能動的)鰭の効 果・…・………………・………・…・……・…70 V1−5尾鰭効果の考察・…・………………….71 ⅥI綜合考察・…・……………………・………72 V111結論・……………・………………….76 謝辞…・・……..……………………・・77 文献…・………………・………・……77 附 録 その1 その2 (i)抵抗測定……・…・……………………・64 魚型模型の作製…………………78 activeskinのカム機構と その運動・………・……………・……79 1 . 緒 論 生きている魚の水中抵抗は剛体模型に比べて小さく,流体力学的計算によれば両者の抵抗係 数には1桁(1/10程度)の差があると言われる.この差の問題は昔からGray(1936)')のパラ ドックスとして動物学者,物理学者あるいは工学者の間でも有名である.Grayは体長2mの イルカが時速17ノット(8.8m/sec)の船を10m/secで軽々と追い抜いた事を自ら観測し た.このときのレイノルズ数(R減数)を2×107として通常の解析手順で流れに平行な薄い剛 体平板の乱流境界層の摩擦抵抗係数を用いてイルカの表面摩擦抵抗を計算したところイルカの 筋肉1kg当りのパワー(馬力)が7m/secとなり,通常の人や犬の値の1.5m/secの数倍 に当ることを知った.これからイルカの筋肉が陸上動物のそれより異常に強いのか,あるいは イルカの流体摩擦抵抗が剛体に比べて異常に低いのか,その何れかであろうと推測した.また 魚の場合にもイルカと同様な現象が認められることを発表したのはGero(1952)2)であって彼 は釣獲したサメ,カマスの例でこのことを指摘している. 5 4 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) この問題の解明は今日に至るまで未だ充分になされたとは言えないが,従来の研究討議の概 観を述べれば以下の通りである. 先ず,低抵抗の機序は弾性表皮にひそむのではないかという仮設の下に,表皮の柔軟なもの と,全く同形の剛体との間の水中抵抗差を測った研究としてはKraemer(1960)3)の論文があ る.彼はイルカの表皮を模倣して油入りの空所をもたせた三重の複雑な構造をもつ非常に柔ら かいゴム膜を作り,これを全長8フィート,直径2.5インチの細長い物体の表面に張って,モ ーターボートで曳航し,その摩擦抵抗を線歪承計で測定した.その結果Fig.1−1に示すよう にその値が通常の剛体模型抵抗に対しレイノルズ数R”1.5×107で59%も小さくなること を確かめた.彼はその後ロケット更に進んで水雷艇用被膜としてこのゴム膜を実用化し得たと 云われるがその詳細については明らかでない. 之に対して実験的には徳川他3名(1938)4)が剛体魚型模型を以て試験を行ったが問題の核心 にふれ得ず,種子田・本地(1967)5)・6)は剛体,弾性体の平板模型を用いて両者の間に殆んどそ の差がないことを確かめKraemerの結果に疑問を投げかけている.又理論的にはBenjamin (1960)7),Landahl(1962)8),竹松(1970)9》が線形安定理論を用い表面のflexibilityを考慮 に入れて検討したが層流境界層の安定を証明できず,寧ろ不安定化を示唆した結果を得ている. 次に粘液効果で低抵抗性を解明しようとしたものには田古里・金(1969)'0)があげられる. 彼等はToms効果*を利用,多孔質平板から高分子化合物の稀薄水溶液(polyethylene oxide,分子量約300万)を浸出させ乱流摩擦抵抗を測定した.そしてレイノルズ数R”2× 106,溶液濃度300p・p.m.,浸出流量285cC/Secの時,最大の全摩擦抵抗減少率として41.2 %を得ている.そのうちToms効果による減少率26.9%であることも確かめている.又田古 里・芦立(1969)'1)は小型管摩擦計を試作,之を利用してドジョウ,ウナギの分泌液で管摩擦 係数を測定,前者で12∼13%,後者で約30%の摩擦係数の減少を認め,魚の低抵抗は弾性表 面膜の効果より,分泌液によるToms現象のためであろうと推論している.またRosen. Cornford(1970)'2)は魚体表皮腺分泌粘液(高分子液)の作用を考えた実験を行ない海水中 の抵抗に比べ最高66%減の抵抗値となったことを報告しているがその中でFig91-2に示すよ うに高速のハガッオ(馳吻伽eoノαzα)の場合その分泌する粘液が抵抗減に何等の寄与もして いない事を附記している. 一方Kempf(1935)'3》の行なった麻酔魚を水槽で曳航した実験では,粘液を拭い去っても抵 抗の測定値に変化が認められなかったし,Richardson(1936)'4)の木製の模型に油を塗り静水 中を落した実験でも全く油の効果が見られなかった.Gero(1952)2)も亦数種の魚や剛体模型 を使い.水中落下試験で抗力を求めたが,ここでも魚体表面の粘液は抗力を低下させる上で何 らの役割も果していないことを示している.以上粘液効果についてもなお定かでない点があ る. さらにactiveskinの効果(能動的表皮効果)に関しては,先ずEssapian(1955)'5)が水 中のイルカの生活を映画と写真で記録し,高速遊泳時の“速度しわ,,の発生に気づいている. 実験的にはWehrmann(1965)'6),Kendall(1970)'7),種子田(1972)'8)が平板或いは円柱を *ある鎖状高分子を極く僅かだけ含む溶液中で物体が運動する場合,またはこの水溶液を管の中に流す 場合,乱流摩擦抵抗が純粋の溶媒を用いたときに比べて著るしく減少するという効果. 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 5 5 用いその表面に微少な進行波運動を行なわせ,境界層に人工的に加えられたTollmien-SchlL chtung波が境界層底部において著しく減少すること,ならびに剥離点が後退する現象とを認 めている.以上の諸研究の結果を勘案しつつ著者は次のような立場から魚型水中生物の低抵抗 性を解明しようとしたものである. 即ち動物学における生理,生態学的な知見によれば,陸上の獣類の発生馬力は体重10kgあ たり0.1馬力以下(Wilkiel959)'9)と云われ,魚やイルカの筋肉もこれより桁違いに大きな馬 力を発生出来るとは思われないので,これら水中動物の高速遊泳能力は,その水中摩擦抵抗が 魚型剛体のものよりも予想外に小さいことから生じているに違いない. そこで著者は論を進めるに当り以下のように仮定して予め問題点を考察してふることにし た . (1)対比する魚,イルカ類は総て相互に体形は相似体であるものとする. (2)水温,水の密度,従って動粘性等の環境要因は殆ど差がないものとする. (3)上記魚,イルカ類の遊泳速度(瞬間速度)はほぼ体長に比例するものと考える.(Fig. 1−3例示). (4)生物の泳力は筋肉量即ち体の容積に比例するものとする. (1),(2)から泳速〃で前進する際の摩擦抵抗Dは体表面積S従って体長ノの2乗に比例 する. D=芸G,州 10:流体密度(重力単位) Q:摩擦抵抗係数 =K、Q・〃2.I2………………1.1 K:const (3)より γ=ルI………・…・…・1.2 ル:const 従って1.1より D=K・G・た212.ノ2 =K、C蕪・ル2ノ4………………1.1′ (4)よりパワー(遊泳力)Pは有効筋肉量”,従って体重凧従って体長ノの3乗に比例す る . P=K'ノ3………………1.3 Kノ:const 一方遊泳力は次元式より P=K〃Dy K〃:const .。.K'13=Kソ'.K・C露・た2ノ4.ルノ 5 6 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) ..C麓= K ソ ノ 3 Kソノ.K・ル3.J5 K ノ K"KノW2. 従って抵抗Dは1.1より D=K・Q・y2J2 =端涛・'’ 一K・岩原w =const〃 従ってFig.1−4に示すように 〃一定従って〃イノルズ数(瓦一等,但し":動粘性係数) 一定の下では抵抗一定で,同じ抵抗の下では体長と遊泳速度の関係は双曲線となる. このような泳速曲線が,低抵抗性のため高速側へどのようにズレて行くかを考究して行くわ けであるが,従来も種々検討された次の三機序: i)軟体表皮による乱流発生の抑圧(受動的表皮効果) ii)体表皮に沿うて粘液(高分子液)が分泌される事による層流安定の確保(粘液効果) iii)吻から入った水が鯛孔から吹き出される際の噴流によるスロット効果 だけでは諸研究の結果から考えても低抵抗性を説明し切れないことが予想される. このように大巾に低い抵抗を得るためには著者の云うactiveskinの効果を期待すべきであ って,これにより発生乱流は後方へ送り出され結果として層流抵抗を維持するものと考え,之 を上記3要件に追加し, iv)activeskinによる層流安定確保(能動的表皮効果) として以上四機序をそれぞれ検討した. 更に著者は魚の尾鰭に関連して, v)flutteringfinの効果(尾鰭の効果) の検討も追補した. Ⅱ、剛体と同形弾性体との比較(受動的表皮効果) 前述Kraemerのイルカ皮層の模型実験に触発されて表皮の弾性効果を期待し,サバ(ゴマ サパP"e""α仰〃oノ・"s叩e伽c城α伽),カツオ(ヒラソウダ伽x航ルazaM)生魚の弾性を実 測,それに合せてシリコーンゴムで弾性体模型魚を作り,剛体,弾性体の比較試験を行なった. Ⅱ-1.実験装置 模型の抵抗試験は鹿児島大学水産学部大型回流水槽2。)・21)・22)に於て行なわれた.本水槽の概略 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 5 7 図をFig.11-1,Photoll-1(a,b)に示す.流水駆動装置としてはプロペラでなく可動翼水 車(直径3.00m,翼板1.0m×0.6m×12枚)をサイリスタ方式可変速15馬力モーターで作 動せしめる.模型抵抗測定の直線水路は巾2m,水深0.60mである.測定装置としては流速 用,抵抗用に夫々広井式流速計並びにピトー管と,Geber式抵抗検力計(Fig.11-2)を用いた. 本水槽の流速分布の不均一度は自由表面,側壁,底に於て2∼5%の流速減少が承られるが, 模型の設置位置近傍では殆んど流速は均一と承なして差支えない程度である.(App・Table ll-1,p、162) Ⅱ-2.剛体平板の実験 実験に使用する魚の大きさを考慮して,長さ0.340m及び1.000mの没水状態の剛体長方 形平板模型を計測台車にとりつけ(Fig.11-2,Photoll-2参照),tripwireのある場合とな い場合について実験を行なった.尚tripwireは乱流促進のために用いるものである. これは,この回流水槽で使用可能な模型の大きさの限界を見極めるいわば本論の抵抗計測の 基礎となる実験なのでやや詳しく論述する.平板模型は長さをL,高さをB,厚さをrとし, edgeeffectの影響を知るためBを種々変えている.使用模型は木製でL=0.340m,L= 1.000mについてそれぞれ3枚宛計6枚を用意した.それ等の主要目L,B,rをTablell− 1に示し,前後端及び上下面の形状の代表例をFig.11−3に示す.表中でSは表面積,『は 排水容積,LcB及びBCBは浮心位置(ここでは平板の中央をとる)の前端及び下面からの距離 である.Fig.11−4参照.なお,航走中板の安定をよくするためその下部に円形の鉛を埋め込 承,Fig.11−2及びPhotoll-2の模型に見えているように表面を滑らかに仕上げた.そして L=0.340mの模型では0.5mm‘のtripwireを前端から0.017mのsquarestationの 位置に取り付けL=1.000mの模型では1mmのtripwireを前端から0.100mの位置 に取り付けた. 先ず平板を吊金具に取り付け,抵抗を計測し,次に吊金具だけの抵抗を求めて差引くと板自 身の抵抗R,が得られる.之等の値をFig.11-5(a∼f)に示す.βを水の密度,〃を流速,〃 を動粘性係数とすれば, 摩擦抵抗係数Q及びレイノルズ数R”は R ォ − 灰 L Q=(,/2)βs脚,R"=-丁 で定義される. 今Fig.11−5(a∼f)の平板の抵抗R‘の実験値を最小二乗法でfairingし,且つ無次元化 して摩擦抵抗係数Cfを求めると,Fig.11−6(a,b)のようになる.然し之等の値にはedge effectが含まれているから,幅Bの異なる板の抵抗Rtの差をとり,同じく無次元化すると, Fig.11−7(a,b)のように2次元流れの中の摩擦抵抗係数Qが得られる.Fig.11−7(a,b) に於てL=0.340mの場合もL=1.000mの場合もtripwire付きの板の摩擦抵抗係数C' はSchoenherrline23)と略々平行に平均して約0.002だけ高めに出ており,tripwire無し 板のQはそのlineより低く出ている.殆んどの場合回流水槽の中に置かれた平滑な平板の 周りの流れは乱流境界層であると云われているがSchoenherrlineが乱流境界層に依る抵抗 の正確な値を表わしているとすると,今のこの平板の周りの流れはtripwireなしの場合僅か 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) 5 8 ではあるが層流部分が特に低速域で残っている事を表わし,他方tripwireをつけると層流 部分の消えた分と,その抵抗だけの分との和だけ抵抗が過大に出ている事を表わす.従ってこ の回流水槽の流れが,0.5∼1.0mm‘程度のtripでは層流成分が残って見えるようなscale (例えばtripwireの数百倍,cmで2桁order)規模の乱流であることも考えられよう.然 しedgeeffectや実験精度等を考えると魚の模型の抵抗を比較する場合には大体tripwire なしで十分乱流境界層による抵抗が得られるものと考えられる. Ⅱ-3.剛体並びに同形弾性体の抵抗実験 平板,サバ,カツオについてそれぞれ同一寸法の木製の剛体模型とシリコーンゴム製の弾性 体模型を作り,抵抗の比較実験を行なった.前節11−2の結果によると回流水槽内の流れの中 では物体表面に乱流境界層を生じているものと考えて差し支えないから以下の実験に於ては tripwireをつけない事にする.この場合シリコーンゴムの表面とラッカー仕上げの表面では 粗度が異なる傾向にあるように思われたので粗度を同一にするため模型の表面に魚油を塗った 実験を追加した.ここで模型の長さL,高さB,厚さz,表面積s,排水容積「,浮心位置の 前端及び下面からの距離LcB,BCBをそれぞれFig.1I-8のように定義する. (i)平板の実験 平板模型の形状をFig.11-9aに,その主要寸法をTablell-2に示す.ここでPはラッ カー仕上木製剛体平板であり,P'は弾性体平板で表面はショワー硬度13.0のシリコーンゴム, 内部はwireframeで補強され,更に前後は流れによる振動を止めるためtinplateで補強 されている.Fig.11-9b参照. 抵抗試験の結果を無次元化して得られた摩擦抵抗係数C,とレイノルズ数R”の関係をFig. 11-10(a,b)に示す.Fig・から魚油を塗った場合も魚油なしの場合も,剛体平板の抵抗と弾性 体平板の抵抗は殆ど等しく,レイノルズ数の高い側ではSchoenherrlineと殆んど一致して いる.弾性体平板は低速域(レイノルズ数R”小)でSchoenherrlineよりかなり低下する 傾向にある.然しこの低下は層流域があるためか実験誤差のためか理由は明確でない.又低速 の場合は魚油を塗った方が僅かに抵抗の増える傾向にある. (ii)サバの実験 サバ模型(尾叉長約35cm)のLinesをFig.11-11,Photoll-3(a,b)に,その主要寸 法をTablell-3に示す.ここでSはラッカー仕上木製剛体模型であり,S'は弾性体模型で 表面はショワー硬度13.0のシリコーンゴム製である.そして各模型で口と鯛蓋が何れも閉じ た場合をs-c,S'一cとし,両方とも開いた場合をso,s'一oとし,また剛体模型で口が閉じ て鯛蓋が開いた場合をS−COで表わす.なお剛体模型のLinesの鯛蓋の開き方は弾性体模型 が流れの中にあるときの鯛蓋の開き方と殆んど一致するように選んだ. (論文末尾附録その1p、78参照). 以上の模型について抵抗試験を行ない,その結果を比較するとFig.11-12(a,b)のように なる.ここでFig.11-12aは(i)の平板の場合と同じ理由で表面に魚油を塗った場合と塗ら ない場合も比較している.之等の結果から見る限りサバの抵抗はSchoenherrの摩擦抵抗値 より大きく,一種のformeffectがあることが分る.又Fig.11-12a及びbに示すように 口及び鯛蓋が閉じているときも,開いているときも弾性体模型は剛体模型に比べて抵抗が幾ら 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 5 9 力、小さくなっている. (iii)カツオの実験 カツオ模型(尾叉長約40cm)のLinesをFig.11-13,Photoll-4(a,b),5(a,b)に, その主要寸法をTablell-4に示す.ここでK,,K2はラッカー仕上木製剛体模型であり, KI-lV;鰯-Nは弾性体模型で表面はショワー硬度Ⅳ(1V=16,21,23等)のシリコーンゴム製 であることを示す.脇,鰯-Nは実験の精度をあげるために作ったKi,KI-IVの2倍の大きさ の模型である.これらの模型は何れも口も鯛蓋も閉じているが,Ki及びKI-23の承は同じ大 きさで口と鯛蓋の開いた模型を製作し,これらをK1−0,KK-23-0で表わすことにする. (論文末尾附録その1p、79参照). 以上の模型について,表面に魚油を塗った場合と塗らない場合について実験を行ない,それ 等の結果をFig.11-14(a∼d)に示す.Fig.11-14a及びbによればこの程度の硬度の差に よっても亦魚油の有無によっても抵抗の差が認められない即ちサバ模型では弾性体模型の方 が抵抗が幾らか小さくなっていたが,カツオ模型では殆んど差が認められず,むしろ弾性体模 型の抵抗値が僅かに増えている.このことは体形が異なるためと思われる.又Fig.11-14cの ように口と鯛蓋が開いているときも同じようなことが云える.Fig.11-14dのように模型の大 きさを2倍に大きくして実験すると計測の精度が上り,而も硬度による抵抗のバラツキは小さ くなっている. (iv)本体流線型(魚の尾鰭を取り去り体形を流線型にまとめたもの)の実験 カツオ模型K;-10の魚体を流れの中に置くと,流速0.5m/sec以上のとき尾鰭が最大振幅 1.5cm左右にふれ,そのための抵抗増も考えられた.そこで魚の弾性体模型の場合,最後に 尾鰭の振動の影響を除くため魚の本体のみの実験を行なった.この尾鰭無しのカツオ模型を Photoll-6(a,b),7(a,b)に,主要寸法をTablell-5に示す.Linesはカツオ模型から 尾鰭を取去ったものと一致する.これらの剛体模型をKW・),鰯c・'・)で,又ショワー硬度Ⅳ (16,23)のシリコーンゴム製の弾性体模型をKI(c・'.)−jV;KWC.'・)一Nで表わす.何れの模型も 口と鯛蓋を閉じている.又前のカツオ模型の実験で魚油を塗っても塗らなくても抵抗は殆んど 変らなかったから,表面には魚油を塗らずに実験を行なった.抵抗試験の結果をFig.11-15 (a,b)に示す.Fig.11-15aから模型が小さいときは硬度が柔らかくなるとともに抵抗は僅か に増大の傾向にあるが,Fig.11-15bのように模型の大きさが大きくなると計測値のバラツキ は小さくなり,而も硬度によって抵抗は変らない.このことから,本体流線型の抵抗は殆んど 硬度に無関係であると考えてよいと思われる.又Fig.11-14a,d;II-15a,bを比較すると一 般に尾鰭のある場合に比べて尾鰭の無い場合の方が,それも模型の大きさが大きい方が,摩擦 抵抗係数Qは乱流境界層による摩擦抵抗係数を示すSchoenherrlineに近くなっている. Ⅱ-4.受動的表皮効果の考察 以上,著者の実験においても,平板及び魚形模型に於て,剛体,弾性体の間に殆んど抵抗の 差は認められなかった.即ちサバ模型硬度13.0で若干の抵抗減をふたが,極く僅少の差であ り,カツオ模型では硬度の差(23,21,16,10)によっても殆んど差が認められず寧ろ弾性体 模型の抵抗値が僅かに増えている.これらは或いは何れも測定の誤差内の減少,増加かも知れ ない.著者が念のために行なったカツオ大型模型,更に尾鰭を除いた本体流線型模型の試験で も,計測精度の上昇,硬度に依る抵抗値のバラツキの小さくなることを認めただけで,何れも 6 0 鹿児島大学水産学部紀要第25港(1976): 剛体,弾性体の間に殆んど抵抗の差が認められない・ この実験結果について,模型作成上非常に困難な問題ではあるが,先ず生きている魚体と弾 性体魚形模型との硬度の等価性が反省されるべきであろう.造化の妙と云われる魚体そのもの の模型化は不可能としても,その弾性従って硬度の測定が適切,妥当であったか否かの考察に 少しく立ち入って承ることは可能であろう. 魚及び弾性体(シリコーンゴム)の硬度測定については,附録その’で詳細に触れるよう に,J、1.S・ゴム硬度計を用い,静的にショワー硬度を測定したものであり,実際の生魚の遊泳 時の動的弾性と果して正確に対応するものかどうかは大変疑問であって,或いは 流 速 C m / S e C = 〃 s e c 1 , ( " = 1 ∼ 2 0 ) 舌航規模cm 程度,多分1∼20サイクル程度の振動圧力の下で魚肉と合致するような弾性ゴムを使えば,或 いは多少異なる結果が出るのかも知れない・ このような検討は,本問題に関心をもつ次代の研究者の追求に期待するものであって,著者 は受動的表皮効果のもたらす抵抗減についてはそれ程大きな期待をつなぐことが出来ず,第二, 第三の抵抗要素の解明へと進んだものである・ Ⅲ、粘液効果 前章Iにに述べた如く,田古里・金;Rosen.Cornford等で代表される魚体表皮腺分泌 粘液(高分子液)の効果を肯定する実験結果と,Kempf,Richardson,Gero等で代表される 粘液効果を否定する実験結果が共存している現状であるので,前章11で触れたように今回魚 油の本来の使用目的は模型表面粗度の整一化であったが,上記粘液効果を判定する意味もあっ て市販の魚油を平板及び魚形模型の表面に塗って剛体,弾性体の比較抵抗試験を行なった.実 験の結果は平板で魚油の効果は現われず(Fig.11-10(a,b)),魚体模型サバ(Fig.11-12a), カツオ(Fig.11-14a,b;d)の場合は一般に抵抗が僅かに増加している傾向があり何れも Toms効果は現われてこない. この理由として考えられるのは,使用した魚油が肝油等雑多な油が混在しており,高分子溶 液のToms効果の条件として知られる高分子が直鎖状であること,分子量が数十万以上大きい 程有効であること,溶解性が良いことなどと関連して使用魚油の成分,溶解度,濃度等が,実 際の魚体表皮に分泌される粘液と等価でなかったことが問われることになろう. 従って著者の実験結果をもって直ちに魚の粘液効果を否定しうるものではないが,前章Iで 述べたハガツオの粘液効果の例,或いはイルカの皮庸の疎水性等を考えると,抵抗減の要因と しての粘液効果解明にはなお問題が残りそうである. Ⅳ、スロット効果 航空力学では主翼失速の防止方法として,翼の前縁附近に隙間(スロット)を設け’翼下面 の正圧を翼上面の負圧部へ流し,層流剥離点を翼上面に沿ってなるべく後へと移す.その結果 失速角をずっと大きくし,揚力も増すことになる. 魚の吻から入った水が鯛孔から吹き出される際の噴流によるスロット効果も同じような意味 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 6 1 で魚体側面の層流増により抵抗減をもたらすものと予想される.著者はこれを次の二つの面, 即ち一つには魚の遊泳中の呼吸作用を生理,生態学的立場から検討した思考実験と,二つには 実物魚の鯛孔構造模型による模型実験とを行なって検討した. Ⅳ−1.鯛蓋からの吹出しについての思考実験 魚の呼吸を見るとFig.1V−1に示すように先ず口が開いて水が吸いこまれ,暫らくして鯛 蓋の下から水が吐き出され,この動作の繰返しとして鯛の上に不連続な流があるように見える が,それは誤りで口腔と鯛と鯛蓋の間の空隙の間には変化はするが連続した圧力が保たれるの で連続した水流があることが判っている.物理学的に考えれば口と鯛蓋腔とに互いに相の少し ずれた二つのポンプが動いている.その働きは特殊な筋肉の運動による各々の容量の変化によ っておこる.然し,サバ,マグロのように迅速に泳ぐ魚では,彼等が泳いでいる間はこの二つ のポンプは働いておらず僅かに口吻を開いたまま水中を前進することにより侵入してくる海水 で酸素補給を受けているように見える.魚の場合,体温の調節という面もあるが,酸素を含ん だ新鮮な水の必要量が非常に高く,鯛に充分な水を通過させるためには続けて泳がなければな らない.ここに鯛孔から吹き出しのスロット効果を考える余地が生れる. さてSpoor(1946)24)は32grの金魚の基礎酸素消費量は23∼25°Cにおいて0.040ml/ min附近であり,毎時体重1grに対し0.075mlであることを見出しており,魚の呼吸の立 場からは魚体に対する水流速度の過大な値は徒らに魚のエネルギーを無用に多く消耗させると して,活動力100beat/minの泳速時に酸素消費量0.175ml/minを与えている. 又海水中に含まれる酸素の飽和溶解容量は大気圧760mmHg,常温15∼20.C下で6ml/ノ, 海洋観測例に見ると,表層10,20,30m水深及び中層の100m水深の海水で夫々4.6,4.6, 4.6ml/J及び4.8ml/I(ノーフォーク島海嶺,6月,鹿児島大学かごしま丸);6.2,6.1,6.1 ml/I及び5.8ml/ノ(日本海,2月,気象庁)で最大4∼5ml/ノ程度である. 今長さ34cm,体重730grのサバについて上記泳速時の酸素消費量を計算すると,消費量 は体重に比例するとみなされるから い 7 5 m l / m i n × 器 = M O 2 9 m l / s e c × 響 =0.066ml/sec、 従って上記必要酸素を供給する海水容量としては 0 . 0 6 6 m l / s e c = 0 . 0 1 3 2 〃 s e C = 1 3 c C / S e c 5ml/I 遊泳速度=5L/sec=170cm/seC 故に呼吸に必要な口吻の開口面積 1 3 c C / S e c = 0 . 0 7 6 5 c m 2 170cm/sec 又等量の海水を排出するためには鯛蓋後縁の長さを3.7cmとして,鯉孔の隙間は 0. 0765cm2=0.0207cm=0.207mm=0.21mm 3.7cm 今鯛蓋を0.5mmあけると必要酸素を供給する海水容量は 6 2 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) 1 3 c c / s e c × 器 器 = 3 M c c / s e c 3 1 c c / s e o 従って口吻開口面積1cm2ならば泳速としては31cm/Secで充分であり,遊泳速度170 cm/secは呼吸に必要な泳速のほぼ5倍以上の速さとなって酸素供給は充分保証されることに なる. 次に鯛呼吸面積はサバの場合,体重1grについて11.580cm2(Gray,1954), 故に体重730grのサバで8453cm2 従って必要酸素を供給する海水容量として13cC/Secをとるならば,酸素交換用鯛に直接 接触する海水の流速は 器 等 = 0 0 0 , 5 c m / s e 。 所でHughes(1961)らによると7伽Caなどのコイ科魚類の場合,鯛葉間に0.2mm×0.04 mmという断面積の孔が形成されて,その中を呼吸水が流れてゆくと云う.今この値を使って 試承にレイノルズ数R〃を計算して承ると 扇 _ ¥ ‐ ( L 5 × 1 0 ‘ ) m / s c × ( 4 × 1 0 ‘ ) m ( 1. 1 4e 6× 1 06 ) m2 / s ec =5.24×10−4 レイノルズ数R”が非常に小さいため呼吸水が鯛葉間通過時には摩擦抵抗が大きくなること が考えられる. Fig.1V−2に示すように,高さ0.5mm,長さ3.7cmの鯛蓋開孔面積は 0.5mm×3.7cm=0.185cm2−0.2cm2 従って口吻1cm2のとき,鯛蓋開孔0.2cm2でその大きさは5:1の比となる. 因承に飛行機に用いられるスロットを現用のDC-8,B-727機で承るとFig.1V−3の通り で,翼弦長500cmのときスロット2∼3cmの大きさ,従って翼弦長35cmに縮めた場合 スロットは0.15∼0.2cmとなり約1∼2mmのorderとなる. 今魚と飛行機の場合のスロット効果を比較する意味で夫々のレイノルズ数R”を計算してみ る . 魚の場合瓦-器=(L5器滞蓋籍:0 ‘)、 =6.545×10−3 気 一凡 Ⅲ空 飛行機の場合 97.8m/sec×(3×10-2)、 2.212×10-5,2/sec =1.326×105 即ち両者のレイノルズ数には格段の開きがあり,之からゑても魚の場合のスロット効果はその 極小レイノルズ数時の摩擦抵抗増大により到底期待出来そうにもない. 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 6 3 Ⅳ-2.鯛蓋からの吹出しについての模型実験 サバ,カツオ死魚の頭部を利用し,シリコーンゴムを使って魚の吻端から鰐蓋迄の精密な口 腔内型を作り,之を元にして剛体,弾性体の魚形模型を作る.出来上ったサバ及びカツオ模型 により夫々口吻開閉時の鯛蓋開孔,閉孔の組合せで鯛孔からの吹き出し流れのスロット効果を 抵抗試験で調べた.Fig.1V-4,Fig.1V−5に示すように常に鯛蓋開孔時に抵抗が大きく,鯛 孔よりの噴流によるスロット効果は認められず口及び鯛蓋を閉じた場合に比べて何れも抵抗は 逆に増加した. Ⅳ-3.スロット効果の考察 魚の吻から入った水が鯛孔から吹き出される際の噴流によるスロット効果を,魚の遊泳中の 呼吸作用の一貫として,水の流れを魚の形態的立場から検討したが,魚の鰐蓋によるスロット 効果は飛行機のそれと違ってレイノルズ数が格段に小さく,水の粘性による摩擦抵抗が大きい ため,到底期待出来そうもない 又実物魚の鯛孔構造模型による模型実験結果については,恐らくスロット効果を生ずる条件 である口吻開口,鯛蓋開孔時に,口腔内部に対する動圧,鯛蓋の開きによる後方渦流発生の影 響であろうか,反って抵抗が増大している.更にまた,鯛の存在が流線の連続性を妨げると云 ったような本質的な問題であるのか,或いは模型粗面が活魚口腔内の滑面と違って面積効果に よる抵抗増を生ぜしめたのかはこの段階では論ぜられないが,この実験の結果で見る限り,抵 抗減の要因としてのスロット効果に関しては否定的立場をとらざるを得ない. V・activeSkinの効果(能動的表皮効果) 以上魚の抵抗減の要因として考えられる事項を次々と検討してきたが,何れも低抵抗の主因 と判定し得るような充分な結果を得ることは出来なかった.そこで著者は実験の困難さを承知 しつつも能動的表皮効果の検討試験にとり組んだ. イルカの皮層では高速遊泳時雛を生じ,それが進行波として動く場合,境界層内流れの層流 から乱流への遷移を防ぐ機序となっているのではないかという仮設が始発点である.同様に魚 が高速遊泳時に体をくねらせるとき,身体全体の屈伸と鱗の相互被覆率がくねりの外側で魚の 頭側から次第に尾の方へ増す(又はくねりの内側で減少する)ような移り変りがイルカの雛の 進行波と同じ意味をもつのではないかという仮設もなり立つ. そこで進行波を発生できる鱗板二次元魚形模型を作り,これによってactiveskinの効果 を検討した. V-1.activeskin模型 魚体表面の渦発生を防ぐ或いは遅らせるための進行波的表面雛動の一つの雛の規模が生体側 面の筋肉節又は鱗の大きさとほぼ等しいと予想して,サバ体型に似せた全長1.00,,幅0.16 m,深さ0.22mの二次元流線型潜水模型を作った.その左右両側面には頭部0.3m,尾部 0.1mを除き夫々30枚宛の鱗板,縦長さ216mm×幅25mm×厚み0.6mmを互いに5 mm宛重ねて配置してある.そしてこの鱗板を含んだ模型全面を,魚体表皮に似せて厚さ0.06 mmのビニール薄膜で被覆した. 又模型内部にカム機構を設け,左右両側の各鱗板の動きが側面に沿って遷移し得るように, 6 4 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) 又左右両側の進行位相も変えられるように作った.(附録その2p、79参照). その鱗板後端の最大開きは0.5,1.0,1.5,2.0,2.5mmの5種で各鱗板を適当な振幅,位 相をもつように調整し,波長48cmの表面雛動波を発生させ,このときの模型抵抗を測定出 来るようにした.Fig.V-1,PhotoV−1(a,b)にその模型の詳細を示す. V-2.実験の方法 始め鱗板振幅量を前部で最大に,後方へ逓減した状態で,左右両側の離動波を同位相の場合 と,半波長ずれの場合との二種の運動を行なわせ,夫々鱗板固定時抵抗との比較を行なった. 次に逆に鱗板振幅量を後部で最大に,前方へ逓減した状態で半波長ずれの同種実験を行なった. 同時に模型鱗板部の流れ,後部渦流発生の模様を流れの可視化で検討した. (i)抵抗測定実験水槽の寸法,抵抗測定の要領等については前章11で述べたのと殆ど 同様である.新たにactiveskin模型用に改造した抵抗計測装置を,Fig.V-2,PhotoV−2 に示す. 模型は左右両側面の前方の鱗板25枚(No.1からNo.25迄,但し24枚で1サイクル)が 順にカム軸に位相角'5。(=響)宛の遅れで運動するようにしか棚方から夫々5枚宛そ の可動最大開きが2.5,2.0,1.5,1.0,0.5mmの5つの群毎に逓減するように設定ざれその 結果,左右両側の雛動波(波長ノI=48cm)が同位相又は半波長ずれの運動が出来るように調 整した.この雛動波は周期的に動くけれども振幅が前から後へ逓減又は逓増した5群の単振動 の連成波であるため,之を偽調和運動と称することにする.以後同位相というのは左右両側と も同一時点でNo.1鱗板が最大に開いたときを意味し,ス/2の位相差をもつとしているのは 右側のNo.1鱗板が最大に開いている時点で左側のそれは最小即ち閉じていることを表わす. 実験は始め固定,作動何れの場合も右舷No.1鱗板の最大開きが2.5mmになるように設 定して,鱗板の表面雛動波の進行速度脚が回流水槽の流速yのほぼ0,0.6,0.7,0.8, 0 9 , L い ' , L 2 倍 に な る よ う に 周 期 T ' 一 ÷ 又 は 毎 分 カ ム 軸 の 回 転 数 " ' 一 竿 を 変 えて実験を行なった.すなわち両側同位相,半波長ずれの両者の夫々について鱗板を固定した 場合及び鱗板を6.0secから0.5secの範囲の周期で変動させた場合の抵抗を計測した.ここ で’=0は鱗板固定(或る種のtripを置いたような)の場合を意味する.実験時対応する回 流水槽の流速〃は0.174m/secから1.077m/sec迄変えた.次いで上述とは逆に右側No. 24鱗板の最大開きが2.5mmになるように前方から後方へ向って鱗板振幅量を逓増するよう に設定,且つ左右両側の雛動波が半波長ずれの運動が出来るように調整して,鱗板の表面識動 波の進行速度脚が回流水槽の流速"のほぼ0,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0倍 になるように,周期T'又は毎分カム軸の回転数〃′を変えて実験を行なった.このようにし て模型表面に時間的,空間的波状を画いて作動する鱗板群の効果を調べた.所謂activeskin における側面進行波が抵抗増減にどのような影響を及ぼすかを試験した訳である.尚このとき の模型の抵抗は別に計測された上下板及び支え金具の部分の抵抗を全抵抗から差し引くことに よって求める. (ii)流れの可視化発生渦の抑圧を目で見るためには流れの可視化をはからねばならな い.著者は模型鱗板部の流れを可視化するため毛糸法を用いFig・V−3に示すように模型全面 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 6 5 に1cm間隔で長さ3cmの黒糸(鱗板部)及び黄糸(木部)を規則正しく配列して取付け’ 抵抗試験と同じ要領で,鱗板部の流線を調べた. 又模型後方渦流が鱗板を作動させればどうなるかを調べる目的で水素気泡法も用いた. Fig・V−4に水素気泡発生装置を示す.陽極に直径8mm,長さ1mの銅棒,陰極に直径 0.5mm,長さ40cmの白金線をキンク状に曲げて使用した.両極間に直流電圧を加えて水槽 の水を電気分解しその際白金線のキンク部から発生する水素気泡を流れの観測のためのトレー サーとする.activeskin模型の後部に唐接して白金線を水平に且つ模型中心線に対して対称 にセットし,模型後方の流線,伴流の変化を目視及び写真撮影で調べた. V-3.実験の結果 鱗板固定の場合,識動波形の位置の影響を調べるために,左右両側面のNo.1鱗板の開き を最大にしたときと,最小にしたときの組合せを考えて実験し,Fig・V−5のように抵抗値に 対して左右位置がス/2入れかわって毛殆んど影響を与えないことを確かめた.この抵抗曲線で は流速0.75m/sec附近の抵抗値が小さく出ている.これは本来その値は流速の二乗曲線上に あるべきだが高速のため模型の大きさに比べて水深の浅い影響が生じたものであろう. 一定の流速〃の下で雛動波進行速度脚を変化させたときの結果をFig.V-6(a∼h)に 示す.鱗板固定の抵抗は上述のことから,左右両側面同位相・ス/2位相差を問わず殆んど一定 の値を示すから図に於て水平な直線で示されている.それらをまとめてFig・V−7に示す. 一般に鱗板の固定の場合と,作動の場合とを問わず左右ノI/2の位相差をもつ場合が左右同位 相の場合より抵抗が小さく出るようであり,特に鱗板作動時にその傾向が顕著である.Fig. V-6'(a∼i),V-7′は位相差ノI/2の場合だけについて進行波速度’の変化に対する抵抗値 R'を求めたものである.之は前方から尾部側へ移るに従って振幅を大きくした場合であるから 魚のくねり現象に近付いた動きに相当する.又Fig.V-8′は位相差ノI/2で振幅が前から後へ 逓増した場合の抵抗減少率と,逆に逓減した場合との比較で,Fig・より明らかなように鱗板 進行波の振幅変化がより魚のくねり現象に近い前者の場合に,抵抗減少率は大きく,平均して 約2倍の値となって現われている. この模型実験で可視化された流れを見るとFig.V-8(b)及びPhotoV−3で明らかなよう に,鱗板部の流線は完全に鱗板表面上を平行整一に流れて居り,activeskinの効果を判定す る意味では(b)の魚型平板付潜没二次元模型が適当であることが判る. (a)模型は,(b)の上・下魚型平板によって鱗板部の流線が乱される事を考え,魚型平板 の夫々上下位置に,半紡錘型をとりつけ,模型全体を出来るだけ流線型に近付けたものである. 測定は(a)模型全抵抗から(c)模型抵抗を差引く.然し(a)での鱗板部の流線は低速,中 速に於ては比較的安定した流れであるが,模型の大きさに比べて水槽水深が浅いことから表面 重力波の影響によって,高速時に尾部上方で上昇流が起り,鱗板の効果を判定するには不適当 であることが判った. 模型後方渦流発生状態をPhotoV−4(a,b)に示す.PhotoはFig.V-6'aで最高の抵抗 減をふた進行波速度’=0.9V(但し流速〃=0.179m/sec、)の記録であるq PhotoV−4aで示すように鱗板固定時の流れは,白金線後方全般に亘って,渦発生のため気 泡が多くみられ,白金線からの距離30cmの所で2∼3cmほど鱗板作動時より余計に拡がっ 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) 6 6 ている.又白金線後方7,8cmの所で目視,確認出来る渦が現われた.PhotoV-4bは鱗板作 動時のもので,固定時より気泡発生が少ないため澄んで透明に見え,渦領域も狭く小さくなっ ている.又白金線後方12,3cmの所で目視,確認出来る渦が現われた. 両者を比較して承ると,鱗板作動時が,固定時に比べて境界層の剥離,即ち渦の発生の後方 への移動が見られ,その結果渦領域も狭く小さくなっていることが分る. V-4.能動的表皮効果の考察 第II章で述べたように単純な弾性皮層という受動的な形での魚体表面の効果は摩擦抵抗の軽 減に大きく寄与するとは認められなかったし,また弾性体模型では高速になると渦の発生のた め尾が左右にふれ,抵抗が急激に増大することもあった.之に対してactiveskinを用いた この実験ではFig.V-7,7′に示すように一般に高速になるにつれて,左右両側の雛動波が同 位相の場合の抵抗は,半波長の位相差があるときのそれより大きくなる傾向にある・このこと から考えれば,Kraemerのpassiveskinの実験でも左右対称な流れしか生じない場合には 大きな抵抗減を期待することは無理と考えられる.しかし他に何か特殊な条件(例えば柔らか い表皮の左右側面に半波長ずれのpassiveな雛動進行波が現われると云った現象)が生ずれ ば問題はまた別となり,次に説く理解の筋道に入ることとなる. 左右両側面半波長ずれの進行波,特に鱗板振幅量が前方から後方へ逓増した場合(魚のくね り運動では後方の振幅が大きい.実際の生魚では遊泳時,体長の後部1/2∼3/5が大きく左右 にふれる所謂くねり運動をしている),抵抗減の理由としては,第1に鱗板表面の流れが鱗板 作動の場合に,固定時のそれと比べ,左右それぞれの側面で境界層の剥離点を後方にずらせ, 渦発生の遅れ・渦領域の狭小化を来たすこと,第2としてそのような片側面での諸現象が尾部 後方において合流する際,同位相進行波ではエネルギー消殺にならないのに対し,半波長ずれ の場合には左右進行波の相互干渉により渦のエネルギーは減殺され渦も小さくなり圧力抵抗も 減少してくること(movingskinの効果,Fig.V-9(a,b)参照)が考えられる. 著者はFig.V−6,6′を基に,鱗板振幅量が前方から後方へ向って逓減及び逓増した場合の 最小抵抗値を示す条件として,鱗板進行波の毎秒周波数Ⅳと,そのとぎの流速yとの関係を 調べ,夫々次のような実験式を得た. γ=0.015+0.6481V(逓減の場合) γ=0.099+0.546N(逓増の場合) Fig.V-10,10'参照. 一方大型楕円形水槽で飼育中のハガツオ遊泳運動を観察したMagnuson・Prescott(1966)25) の報告によれば,これらのハガツオは平均して88.2cm/secの速度で流れに逆って泳ぎ,毎 秒あたり尾鰭の横打回数(beat数)が1.42回であった. 遊泳速度〃(BodyLength/sec)と尾鰭横打頻度(毎秒beat数)Ⅳ(cycle/sec)との 間には 〃=0.491+0.639N の関係がある. 著者の実験で,流速を魚の遊泳速度〃(B、L、/sec)とみなし,鱗板進行波の毎秒周波数(魚 の毎秒当りのくねり数に相当)をbeat数Ⅳに等しいと承れば,Magnusonらの提示した実 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 6 7 験式と極めて類似することを知る. この近似は魚が遊泳の瞬間瞬間に最も水中抵抗の小さい条件を選択して泳いでいることを示 唆するものとして極めて興味深いものであり,何れにせよ,遊泳中の魚やイルカなど紡錘型動 物の体表には渦の発生を防止するため,体側面進行波活用の生態的機構が自動制御的に備わっ ているものと推測される. Ⅵ、htteringnnをつけた円柱の水中抵抗試験 (尾鰭の効果) 流れの中に垂直におかれた円柱後流部に剛体finをとりつけて抵抗試験を行なった例はある が,本研究では基礎的実験として魚の尾鰭のような薄いビニール膜をflutteringfinとして円 柱後流部にとりつけ,その形,寸法,厚さを変えて抵抗試験を行なった.魚体運動の中で尾鰭 の果す役割を流体抵抗の立場から検討しようとしたものである. Ⅵ-1.実験の方法 (i)抵抗測定実験装置及びflutteringfinをつけた円柱の詳細をFig・VI−1に示 す.円柱は直径4.1cm,高さ34cmの台湾桧製,表面をコーパル(ワニス)で防水塗装し た.flutteringfinは厚さ0.06mmのビニール膜でその形は矩形状である.幅20cm,長さ ノは円柱直径.(=4.1cm)の函数としてI=O∼15.(ここでノーOは円柱の承の意)に亘って 変え,レイノルズ数R”=7×103∼3.4×104の範囲で一連の抵抗実験を行なった.又魚体尾鰭 にならってfinの後方からV型切り込みを入れた場合及びfinを水平方向に短冊型に刻んだ場 合の抵抗試験も行なった.更に抵抗に及ぼすビニールの厚さの影響を調べる目的でノー7.の条 件(そこで抵抗減少が著るしい)で,厚さを0.06,0.5,1.0mmの三段階に変化させた実験 も試ふた. (ii)流れの可視化抵抗変化の要因を探るため,流れを可視化し,これから新しい流れ の現象の発見,流れの挙動を支配する法則の実証を試ふた. A・水素気泡法(回流水槽) 実験装置の詳細をFig、VI-2,PhotoVI-1に示す.その他の事はほぼ前章に述べたことと 同じである. B・煙霧法(小型風洞) ここで煙霧法を用いたのは水素気泡法と違って低速域の流れの解析に適しているからであり, 実験装置の略図をFig・VI−3に示す.煙発生装置から発生する線香,パラフィン,煙草等の 煙の粒子を翼型の噴出装置から噴出させ,それをトレーサーとして,円柱後方の流線,伴流の 変化を目視観測で調べた.このときのレイノルズ数R"=1×103∼8×103である. Ⅵ-2.実験の結果 TableVI-1に示すように円柱のみの抵抗よりも円柱後流部に矩形状のビニール膜のflutteringfinをつけた場合が一般的に抵抗は減少した. Fig、VI-4aで明らかなように厚さ0.06mmのfinではノー3.∼7.の範囲で特にその傾 向が著るしく,抵抗減少率(Ro-R‘)/Roはレイノルズ数R”に比例して減るように見える.上 と同様な条件の下でfinの後方から長さIの1/4のV型切り込承所謂1/4V-cut,更に深 6 8 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) く1/2V-cutの切り込みを入れて実験を行なったが,Fig・VI-4b(1,2)で示すようにcut 量と抵抗減少率との関係は複雑ではっきり傾向をつかむことは困難であった.finの厚さを 0.06,0.5,1.0mmと三段階に変えたときの抵抗変化はFig・VI-4c(1,2)から判るように 厚さと抵抗との関係も必ずしも一義的に定らず,尚今後の検討が必要である.今回の実験では 比較的薄いfinの方が抵抗減少率は大きいようである.最後にFig、VI-4dに示すように厚 さ0.06mmの矩形状finを水平方向に2cm幅で短冊型に10等分し,海草になぞらえた実 験を行なったが,細長いビニールが互いにからまったりして抵抗の減少は承られず場合によっ ては円柱の承の時と同じか或いはそれよりも増加した. 次に水素気泡法を用いる流れの可視化実験は回流水槽の流速0.173m/sec,レイノルズ数 8×103で行なわれた.PhotoVI-2に示すように円柱の承のときはR"=8×103,CD=0.931 で明らかに流層剥離が確認できる.又PhotoVI-3に示すように円柱後部に厚さ0.06mm, ノー7.の矩形状ビニール膜のfinをつけたときはR"=8×103,CD=0.773となり,円柱のみ のとぎの層流剥離と比較して剥離点が後方へ若干移動しており,伴流の規模も小さくなってい る.PhotoVI-4(a,b)は上記finの後部に1/4V-cut,1/2V-cutを入れた場合の記録で ある.現在の所,之以上の流速における可視化は水槽の表面流の影響に加えて吾々の可視化技 術の未熟さもあって成功しなかった. 煙霧法を用いた流れの可視化実験は,円柱の承の場合目視観測で境界層の剥離,円柱後方の 不連続面の発生,渦及び伴流を確認できたが,之を写真に撮ることは撮影技術及び照明装置の 不備で非常に困難であった.又円柱後流部にビニール膜のflutteringfinをつけたときはfin 自身の重承で空中に垂下し,finが揚力を持ち得るような風速1.7m/sec以上になると肝心の トレーサーとしての煙の粒子の拡散が著るしく,可視化は失敗に終った. Ⅵ-3.Hutteringfin効果の考察(受動的鰭) 一般に流れの中に物体が置かれると,その物体には流体の粘性による摩擦抵抗と物体下流に 伴流があるために生ずる圧力抵抗の両者が作用する.その場合後流の規模の小さい流線型の物 体を除いて一般に鈍な物体では伴流による圧力抵抗が摩擦抵抗に比べて極めて大きいことが知 られている.この場合FigVI−5に示すように円柱の後流部に剛体のfinをとりつけて伴流 による圧力抵抗を減らす試承(Hoerner(1965)26))が行なわれているが,ビニール膜のよう な自由に曲り易いfinをつけた場合は之迄詳しくは取扱われていないようである さて本実験ではFig・VI−6に示すように一般に云われている臨界レイノルズ数3.0×105よ り小さいレイノルズ数8.0×103∼3.4×104の所で円柱の承の抵抗係数が0.829∼0.936となり, その値が通常の場合よりもやや小さい.之は表面流の影響の処理が不充分なためと考えられ る.流れの可視化されたものから考えて境界層を調べてみると明らかに剥離を生じているもの と承なせる. Fig・VI−4をみると円柱後流部にビニール膜のfinをつけたときは,円柱の承の時より抵抗 が一般に減少してる. 普通臨界速度Uで運動する球の抵抗はD=6元MU(αは球の半径)で与えられStokes,law として知られている.即ち抵抗は流速に比例する.今抵抗減少率(Ro-R‘)/Roが抵抗に比例す ると仮定する.無次元化の定義からレイノルズ数R”は流速に比例する.従って(Ro-R,)/Ro, 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 6 9 R”の関係が直線で表わせることになる.最小二乗法を使って近似的に処理してみると TableVI-1′の1)のような結果が得られる.之から矩形状finの長さについてはノー3.∼7. の場合にレイノルズ数R”に対する抵抗減少率(Ro-Rt)/Roの絶対値が大きく,原点から離れ ている.即ち(Ro-R,)/Ro軸上の切片aの値がほぼ同じorderと承られるのに,直線の傾ぎ bの絶対値が一番小さくなっている.換言すれば流速の増大にも拘らず抵抗減少率はそれ程急 減せず魚の尾鰭効果としては望ましいことが分る.次に同様の処理をTableVI-1A,B,C の値について行ない,之をTableVI-1′の2)のA,B,Cに示す.Z=0.50mm,ノー7.で は矩形状finよりV-cutfinの方が有利のようであるが,Fig・VI-4b,cで示すように今回 の実験範囲では抵抗減少率とV-cut量,或いはfinの厚承との関係を一義的に定めることは 困難で,今後更に精綴な実験継続が望まれる.著者としては叉状尾鰭になぞらえたV型切り込 みの効果は,鰭の長さ,厚み,V-cutの量,流速のみならず,膜の柔軟性,流れの渦度など多 くのパラメーターで定まるのではないかと考えている… 円柱後部に発生するカルマン渦列については,古典流体力学の中で示されているように,レ イノルズ数103∼105の間では S伽uha,数C−等=0.2o ここに/:円柱背後に生ずる渦列の振動数(cycle/sec) d:円柱直径(c、),〃:流速(cm/sec) であり,このとき発生する片列だけの渦間距離は4.3dとなることが計上される.finの長さ が3.∼7.の場合,片列の渦間距離4.3.をはさふ込む長さであるから,膜の共振によって大 量且つ容易に渦の運動エネルギーが,吸収されるものと考えれば,finの効果として,渦列の 整理による渦発生の規模の縮減が理解できよう.finの長さが7.以上では膜による渦の運動 エネルギー吸収も効果的でなくなり,又膜面による摩擦抵抗も大きくなってfinの効果が減少 するものと考えられる.叉状尾鰭になぞらえ,矩形膜に後方からV型切り込みを入れたfinの 実験では,V型切り込承のない場合より抵抗減少率の増大を認めたが,その理由についても上 述の解釈を敷延することで説明が出来るのではなかろうか. 以上のように,受動的鰭の基礎実験として著者は円柱後流部にとりつけたflutteringfinを 考えたが,実際の魚では紡錘型本体に叉状尾鰭がついており,後流部に発生する渦の規模は, 円柱から楕円体,楕円体から紡錘型になるにつれて小さくなり,従って尾鰭も円柱の場合より 当然小さくて済むことになる. 最後に海草の例に倣った短冊状finの場合,Fig・VI-4dでも判るように,円柱の承の抵抗 に比べて必ずしも抵抗減少が認められなかった.船乗りの間で“船体に海草が付着したときは 反って船体抵抗が減少する,,と云う俗説が流布されている.実際の海草の場合,弾性,形,表 面のねばねば等今回の実験の想定と必ずしも対応していないので,この実験結果をもって直ち に従来の俗説を否定する訳にはゆかない.このような抵抗減の可能性を示唆するものとして米 科学雑誌の記事27)がある.海中ケーブルに人工的にhairを取りつけると水中抵抗が50%も 減少すると云う.この問題は今後更に検討し,研究開発を進めるに値するものと考えられる が,本論文の意図する魚の抵抗減少と直接関連は少ないので今は一応措くこととする. 7 0 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) Ⅵ-4.実物魚による(能動的)鰭の効果 前節の論議はすべて尾鰭が受動的立場で考えられたが,実際の尾鰭は魚の遊泳運動に見られ るように魚体表皮と同じく能動的である.従って著者は生魚を使って,魚体の遊泳運動に及ぼ す尾鰭の役割を実験的に調べた.即ち回流水槽観測水路の中央に流体力学的にその遊泳方向を 拘束した運動場を作り,この中に尾叉長12∼15cmのヒプナ(Qzmss伽α”α“)1群10尾 宛を入れて実験を行なった.運動場の詳細はFig・VI−7に示すように直方体の上下面と左右 二側面を透明強化ガラスで囲承,前後端の水の出入部を網(クレモナ8本,10節)で閉鎖し, 魚が運動場から逃げられぬようにしてある. 魚は①鰭の正常なるもの ②背鰭の承を取除いたもの ③尾鰭のみを取除いたもの ④背鰭,尾鰭共に取除いたもの の4群に別けて,水深18cm,流速0cm/secより60cm/sec迄の夫々の魚群の運動を目視 観測と8ミリ撮影により観察した.8ミリ撮影は,流速0cm/sec∼50cm/sec,55cm/sec, 60cm/secを夫々所要時間最大29sec、8.5sec,14sec延べ51.5secで連続三段階に別け て撮影し,夫々のフイルムをeditorを用いて比較検討した. その結果をFig・VI-8-①(a,b,c,c'),Fig、VI-8-②(a,b,c,c'),Fig・VI-8-③(a, b,c,c'),Fig・VI-8-④(a,b,c,c')に示す.ここで各Fig・の(a)は押し流された魚の 流速に伴なう増加率の傾向,(b)は最高流速60cm/secの魚の遊泳状態,(c),(c')は夫々 3秒間,2分30秒間の魚体運動の軌跡をeditorを使って表わしたものである. ①の場合,流速55cm/sec過ぎより押し流され始め60cm/sec,経過時間14secで総数 の20%弱のものが押し流されている.残りのものはほぼ安定静止の位置を保つ. ②の場合,流速55cm/secより押し流され始め60cm/sec,10secで,20%強のものが押 し流されている.残りのものの大半は相対的静止位置を保つ. ③の場合飯流速50cm/secを越えると押し流され始め60cm/sec,12secで,75∼80%の 魚が押し流される.残りの魚も相対的に静止位置を保てず非常に不安定な運動を示している. ④の場合,流速50cm/secより押し流され始め60cm/sec,10secで,80%の魚が下流の 網口に押し流されている.残りの押し流されない魚も非常に不安定な運動で間もなく押し流さ れて了う. Fig・VI−9はそのまとめで,之より一目瞭然魚群の遊泳運動に尾鰭の存在が不可欠の要素で あることが判る.一方背鰭の有無は魚群の遊泳運動にそれ程大きな影響を与えていないように 見える.事実魚の運動状態を側面の観測窓から8ミリ撮影したものをeditorにかけて分析する と,流水中に於て,魚は何れも背鰭の前部約4/5を閉ぢて活用していないことが明らかとなった. 1958年Bainbridgeがウグイ,ニジマス,キンギョの3種について提示した魚の遊泳速度 ycm/sec,魚の体長Lcm,尾の横打ち頻度/beat数/secとの関係を示す実験式 〃=1/4(L(3/ー4)) を使って,この平均体長13.5cmのヒプナの遊泳運動をFig・VI−8①,②,③,④中の夫 々のC,C’の資料について吟味すると,2分30秒間の運動で, 7 1 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 鰭の状態押し流された距離遊泳速度尾の横打ち頻度 beat数/sec cmcm/sec 正常9.2359.947.25 背鰭無し9.8159.937.25 尾鰭無し15.0059.907.25 背鰭・尾鰭無し19.6259.877.25 尾鰭切り取りによる遊泳能力の低下,即ち,遊泳速度にはそれ程大きな変化や減少は見られな い.又全遊泳距離60cm/sec×150sec=9000cmに対し,押し流された距離の比は夫々0.10, 0.11,0.17,0.22%で極く短い遊泳時間の比較では,それ程大きな差は認められない.然し実 際の運動軌跡をみると,尾鰭を欠いたため魚体が方向安定性を失ない所謂ヨロメキ運動をして いることがはっきりと判る.今之を表示すれば 鰭の状態 進路に対する横方2分30秒間の 向への最大フレヨロメキ回数 cm 回 正 常 0 0 背 鰭 無 し 0 . 3 3 0 尾 鰭 無 し 1 . 5 0 1 . 8 背鰭・尾鰭無し1.602.0 之から尾鰭の効果としては魚の抵抗減に寄与することは勿論,動的方向安定性に寄与すること が考えられる.Fig・VI−9の結果も亦之を裏付けるもので,尾鰭切りの魚では方向安定性を失 ない,遊泳速度にはそれ程大きな変化や減少は見られないのに,魚体のヨロメキ運動が多くな り流圧を受けて魚体が押し流される距離も大きくなり,更に推力不足を補うための疲労度も加 わって高速時下流へ押し流される魚の割合も増加してゆくことが理解できよう. Ⅵ-5.尾鰭効果の考察 Magnusonらの実験式からも判断出来るように遊泳速度は尾鰭の横打頻度に,従って推力も 之に比例する.推力が増加すれば渦発生も大きく抵抗が増大することになる.この場合受動的 鰭,能動的鰭の両者の実験結果を基にして尾鰭の効果を論ずるならば,魚にとって尾鰭の存在 は,遊泳運動に於て後流中に於ける渦発生を減少させることで抵抗減に寄与することはもとよ り,尾鰭のもつ微妙な動的方向安定作用により,安定した進路が保持できることが判る. 特に前のV章で著者が触れたように,最小抵抗値を示す条件として,鱗板進行波の周波数1V (cycle/sec)と,そのときの流速y(BodyLength/sec)との関係が,Magnuson・Prescott の提示した実際のハガツオの遊泳運動における尾鰭横打頻度即ち毎秒beat数N(cycle/sec) と,遊泳速度〃(BodyLength/sec)との関係式に極めて接近,類似していることは注目す べき事実で,之より尾鰭の存在自身も亦aCtiveskinの効果を増幅助長させるための重要な 役割を果していることが窺われる. 因みに本論文では遊泳魚体の低抵抗性に論点を置いて検討をすすめたので,尾鰭本来の機能 である横打作用に基づく推力発生の機序については立入らない. 7 2 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) VⅡ、綜合考察 生きている魚の水中抵抗は剛体模型に比べて小さく流体力学的計算によれば,両者の抵抗係 数には1桁(1/10程度)の差があると云われる.1952年Geroがサメ,カマスで行なった実 験をきっかけに,多くの学者,研究者が魚の低抵抗性の謎に挑戦して来た.従来検討されてき た低抵抗機序の順に考察をすすめるならば,先ず軟体表皮による乱流発生の抑圧が挙げられよ う.1960年Kraemerの行なった実験結果を除いて之迄多くの研究者の実験或いは理論計算 の結果が何れも低抵抗性に否定的となったことは,このような受動的表皮効果の検討が単純な 弾性体模型実験では,その本質に迫ることが如何に困難かを吾々に教えるもので,著者の行な った剛体と同形弾性体の抵抗比較試験に於ても,抵抗値は両者何れも同じか,もしくは反って 弾性体の方が大きくなる傾向であった.著者は魚体の周りの流れの層流化が,泳速に応じて自 動的に行なわれる仕組承が魚体内に存在すると考えており,そのような軟体表皮が人工的に果 して作れるものかどうか.著者の実験に於ても模型と実物との硬度の等価性が反省されるべき であることを述べたのも,このような意味であって,Kraemerの実験結果についても同じよ うな意味で今後是非とも追試,再検討が要求されるのではなかろうか. 粘液効果については之迄これを否定する立場と,肯定する立場とから夫々多くの実験結果が 出されている.著者の行なった実験でも否定的結果を得たが,既に第III章でも触れたように 之は著者の使用した高分子溶液そのもの,或いはその使用濃度が適当であったかどうかが問題 である.高分子溶液によるToms効果の存在は今日多くの学者によって肯定され,もはや定 説となりつつある.すなわち高分子はその構造が直鎖的で側鎖が少なく水平に並ぶ方式のも の,しかもその濃度が僅か数十P、p.m.の薄い溶液の場合に粘度が一番低く出ると云う.従っ てこのような高分子溶液で魚体全面が包まれると当然に抵抗は低く出る筈である.著者の使用 した魚油は元来その使用目的が模型粗度の整一化にあった.しかし上のような考え方にたつと 魚油濃度の測定,高分子構造の検討を怠った事は反省されるべきで,著者の実験結果をもって そのまま粘液効果の判定と云う訳にはゆかない唯,魚の場合,高速魚のハガツオに於てこの 粘液が何等抵抗減に影響を与えていないと云う知見(Rose、その他(1970))が得られている こと.又イルカの皮層の疎水性等を考えた場合抵抗減の要因が必ずしも粘液効果の承に限定さ れるものでないことは明らかであろう. 吻から入った水が鯉孔から吹き出される際の噴流によるスロット効果については,著者が行 なった魚の遊泳中の呼吸作用を生理生態学的立場から計算検討した思考実験と,実物魚の鯛孔 構造模型による模型実験とから何れも否定的結論を得た.この場合著者はスロット効果をあく 迄低抵抗の立場からしか論じていない.然し魚の実際の生理現象として,遊泳運動中の鯛によ る呼吸作用即ち海水中の溶存酸素の補給といった面から本質的に攻めるべきであって,之を低 抵抗の立場から攻めたのは矢張り誤まりであったのではないかと反省している. activeskinによる層流安定確保の問題について著者の結果によれば,一般に鱗板固定時の 抵抗は作動時の抵抗より高く,作動の場合高速になるにつれてその抵抗は左右両側面の識動波 同位相の場合半波長位相差の場合よりも大きくなる傾向にあることを認めた.先のEssapian の観察で,迅速に遊泳中のイルカが急に停止するとき,或いは跳躍の終了後,水中へ再び飛び込 むときに雛の発生が認められているのは,この同位相雛動波によって水中抵抗を大きくしプレ 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 7 3 一キ作用を利かせているものではないかと考えられる.従って左右対称な流れをもつと予想さ れるKraemerのpassiveskinを用いて抵抗減を来たすということは,上記Essapianの ブレーキ作用を考えると,他に何か特殊な条件(例えば進行波)でも与えられない限り一般に は無理と考えられる. 鱗板作動時が固定時に比べて抵抗の低い理由は流れの可視化の実験からも判るように,境界 層の剥離(即ち渦の発生)が後方へ移されており,又時間的にも剥離の遅れが見られるので, 渦領域が狭く小さくなって圧力抵抗が減少することにあると思われる.その機序を考えると, イルカ,魚何れの場合もFig、VII-1に示すようにその外皮側面進行波は総後方に振幅最小で 始発し,後半部で振幅最大となるような正弦波が外山の崩れた形(波長ノIは前半ノI′と後半ノl'′ とで波長の異なる正弦波の継ぎ合せ)で進んでゆくものと考えられる.従ってそれらの波の谷に 挟まれた水は体表皮に沿うて接線的に後方へ送り出されることになる.外皮を被った魚の鱗は Fig・VII-2(a,b)に示すように非接線的に動くが,鱗が周期の遅い単純な単振動を行うとす ると水の粒子は体側面と同種の往復運動をするの承で,時間平均をとれば,どちらにも駆動され ない.しかしquickreturn運動のときは遠心力の効果がより強いquick行程で二次流れが 生じ,slow行程でもそれが壊されることなく存続する.そのため鱗の動きが緩く開き急に閉 ぢる仕方で行なわれると,鱗の開き角に含まれた水は極く薄い層ながら表皮に沿って後方へ押 される筈である.又鱗はその長さで互いに1/2程度重なりがあるので,面積では1枚の鱗の約 1/4程度が上述の運動の増幅に寄与することになる.つまり,全面積の約25%が働くと見て増 幅率1.25程度の効果が見込まれることになろう.更にFig・VII-3に示すように魚のくねり 運動に伴ない,体軸が真直になる度ごとに体側の大湾曲による鱗の重なり部分(即ち露出部と 被覆部との間)に挟まれた水が,大轡曲の外側(体外)で後方へ押し出されて推力となり抵抗減 を促進する可能性がある.又大響曲の内側(体外)では露出部,被覆部は縞麗に重なりその上 を流れる水は完全に層流化されこれも亦抵抗減に寄与するものと期待される.activeskinま たは鱗の側面進行波は左右位相差の有無を問わずそれぞれの側面で先ず境界層流れの剥離(乱 流抵抗増)を抑制し,更に半波長位相差の所謂魚のくねり運動で,左右進行波の相互干渉によ り尾部後方において渦のエネルギーが減殺され渦も小さくなり圧力抵抗も減少してくるし,鱗 の動きによって推力すら発生する.之が魚体低抵抗性の重要な要因と考えられる. 著者の実験では左右両側面半波長ずれの進行波の場合のうち,鱗板振幅量を前方から後方へ 逓増せしめて動かした所謂魚のくねり現象(実際の生魚では遊泳時,体長の後部ほぼ1/2∼3/5 が大きく左右にふれる)に近い場合の方が,抵抗減少率は大きく,逓減の場合の約2倍の値と なっている.この理由の中には,前述の渦発生の抑制のほかに体の響曲により,鱗の重なり部 分が開きそこに挟まれた水が体軸を真直にする際,轡曲の外側で後方へ押し出され推力となる という可能性があることも含めて考えたい.この場合鱗板振幅量を前方より後方へ逓増すると 当然逓減のときよりも,より多くの水を後方へ押し出し得る筈であって推力の増大を期待でき るからである. 著者はこの場合の最小抵抗値を示す条件として,鱗板進行波の毎秒周波数Ⅳと,そのとき の流速〃との関係を調べ,鱗板振幅量が前方から後方へ,夫々逓増,逓減した場合に対し, 実験式 7 4 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) y=0.099+0.546Ⅳ(逓増の場合) 〃=0.015+0.6481V(逓減の場合) が与えられることを見出した. 之等の式を,動物学者Magnuson・Prescottが太平洋マリンランドの大型楕円形水槽で飼 育中のハガツオに対して得た実験式 〃=0.491+0.639Ⅳ 或いはYuenがホンガツオに対して得た実験式 ’=2.053+0.4791V 同じくキハダマグロに対して得た実験式 〃=2.446+0.567Ⅳ ここにy:遊泳速度(BodyLength/sec) Ⅳ:尾鰭横打頻度(毎秒beat数) と比較すると,著者の実験で流速を魚の遊泳速度と承なし〃(B、L、/sec),鱗板進行波の毎秒 周波数(魚の毎秒当りのくねり数に相当)をbeat数Nに等しいとみれば,上記Magnuson・ Prescott或いはYuenの提示した実験式と極めて類似することを知る. 著者の実験式では鱗板振幅逓増の場合,y−jV直線の傾斜が逓減の場合より多少小さい.上記 カツオ(0.639)とマグロ(0.567)の場合の傾斜の比較からも判るように,之は振幅量の変化 がそのまま魚型並びにそのくねり運動の大きさに関係するものと思われる.またこの実験式の 常数項(Ⅳ=0のときのyの値)がカツオやマグロの場合の値より1∼2桁も小さくほとんど 0に近いのは著者の実験が模型で行われ流速も0に近づけ得るのに対し,活溌な生魚で観察さ れた場合はbeat無しでも前進出来ることや環境水が動いていた事などによるものであろう. この近似は魚が遊泳の瞬間瞬間に最も水中抵抗の小さい条件を選択して泳いでいることを示 唆するものとして極めて興味深いものであり,何れにせよ,遊泳中の魚やイルカなど紡錘型動 物の体表には渦の発生を防止するため,体側面進行波活用の生態的機構が自動制御的に備わっ ているものと推測される. 魚体の尾鰭は周知のように一般に叉状切れ込承をもち,且つ軟弾性の組織である.之を魚の 抵抗の見地から受動的鰭と能動的鰭の両面について検討する.先づ受動的鰭の基礎的実験とし て,流れの中に垂直に置かれた円柱後流部に矩形状ビニール膜のflutteringfinをとりつけ抵 抗試験を行なったところ,finの厚み0.06mmのとき,長さとして3.∼7.(dは円柱直径) で抵抗減少率が大きく且つレイノルズ数に対して絶対値が余り変らないことが判った.円柱後 部に発生するカルマン渦列については,古典流体力学の中でレイノルズ数103∼105の間では Strouhal数がほぼ0.20となり,このとき発生する渦列間隔は1.3.,又片列だけの渦間距離 は4.3dとなることが計上される.finの長さが3.∼7.の場合,片列の渦間距離4.3.をは さみ込む長さであるから,膜の共振によって大量且つ容易に渦の運動エネルギーが,吸収され るものと考えれば,finの効果として,渦列の整理による渦発生の規模の縮減が理解できよ う.finの長さが7.以上では膜による渦の運動エネルギー吸収も効果的でなくなり,又膜面 による摩擦抵抗も大きくなってfinの効果が減少するものと考えられる.更に後流部に発生す 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 7 5 る渦の規模は,円柱から楕円体,楕円体から紡錘体になるにつれて上述の渦列間隔も次第に狭 くなり,又片列だけの渦間距離も次第に小さくなる.更に渦も小さくなる.紡錘体に於て最大 厚さdの点から後方へ長さ4.3.をとると,通常の翼厚比15%(翼の最大厚さと翼弦長との比) の翼型を与え,4.3.の長さはほぼ翼弦長の64%に等しい魚の体形も之に近いことは衆知の 通りであるが,魚には更に叉状尾鰭がついている.円柱後流部に矩形状のビニール膜がflut‐ teringfinとしてとりつけてある場合,発生するカルマン渦は鉛直方向に同じ高さで並ぶが, もし矩形膜に後方から水平直線の切れ込みを入れるか或いはV型切れ込承を入れると同上の位 置で上下交互に違った高さで渦が並ぶ.実際の魚の尾鰭では上述の渦が殆んど上下に重なり渦 消去に一段の効果を発揮できるものと思われる. 以上のように,受動的鰭の基礎実験として著者は円柱後流部にとりつけたflutteringfinを 考えたが,実際の魚では紡錘型本体に叉状尾鰭がついており,後流部に発生する渦の規模は, 非常に小さくなり,従って尾鰭も円柱の場合より当然小さくて済むことになる. 能動的鰭の実験として,尾鰭切りとりの効果を調べた結果,尾鰭切りの魚では方向安定性を 減少さすことが判った.遊泳速度にはそれ程大きな変化や減少を示さないのに,魚体のヨロメ キ運動が多くなり流圧を受けて魚体が押し流される距離も大きくなる.更に推力不足を補うた めの疲労度も加わって高速時下流へ押し流される魚の割合も増加してゆく.Magnusonらの実 験式に見る如く遊泳速度は尾鰭の横打頻度に比例する.この場合尾鰭の横方向からの投影面積 と,尾鰭の掃過距離で定まる水量から受ける反力の進行方向成分が推力として作用し,その力 が魚体抵抗と等しいときに一定遊泳速度を保持できる.このときに当然渦の発生と同時に圧力 抵抗の増大を引き起す6魚のくねり効果や鱗動の進行波,所謂activeskinの効果(抵抗減少 作用)等によって,この抵抗が減らされるものであろう. 受動,能動両方の実験結果から判断するに魚の尾鰭は,魚が推力を発生して泳ぐ際魚体後半 1/2∼3/5の部分に同調して所謂くねり運動を終端部で完結させ,更に微妙な尾鰭の動的方向 安定機能によって進路を保持し,両作用相まってactiveskinによる最小抵抗状態を継続補 完させる重要な役割をもつものであると云い得る. 著者はバンクーバーのスタンレイ水族館飼育水槽において,雌雄二頭の白イルカの遊泳運動 を目視と8ミリで観察,記録した.PhotoVII-1参照.長さ約4.2m,体高,体幅約1mで 背鰭がなく,アイスパックの下も容易に泳げると云う.普通のイルカと違って頚椎が融着せ ず,そのため頭を自由に動かすことができ,イルカよりも曲り易い.遊泳速度は遅く約50cm/ secであったが,PhotoVII-2に見るように腹部外側にある二条の太い縦雛(間隔50∼30 cm,幅18∼15cm,高さ15∼13cm,長さ140∼150cm)を水平尾鰭と同調させ,魚のくね り運動の場合と同様に静かに上下にふれさせて前から後へ進行波を作り乍ら遊泳している.之 も一種のactiveskinであって,原理的には魚の遊泳運動の場合と全たく同じ進行波による低 抵抗性の機序と考えられよう.この際二条の縦離は後へ流れると共に,巾,間隔も狭くなって ゆく.之は著者の提示したactiveskinの鱗板振幅量が前方から後方へ逓減した場合に当り, 低速時の抵抗減の遊泳方法と理解できる. 遊泳魚体の低抵抗性に関する研究の発展は,海洋動物学の基礎的面から考えると,魚の遊泳 能力についての解明及びその運動器官(側線,筋肉,骨,鰭等)についての解剖学的,生理学 7 6 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) 的解明等と重要な相互寄与的関係にあるものと考えられる.特に泳速の変化に応じて流圧の変 動が予測されるが,感覚器官を動員して瞬間的に渦消去に寄与し得るような自動制御の仕組承 を魚類がもつという事実は今後の研究の大きな焦点となろう. 魚の低抵抗性の機序の中で,現在最も有力視される鱗の動きによる能動的表皮効果と高分子 溶液のToms効果に基因する粘液効果とについては,之を個別に或いは組合せで利用する多 くの応用面が期待されよう.高速遊泳中の魚の屈伸の状態を高速度撮影することによって,魚 の曲率の変化の移動(鱗相互被覆率の移動)の速度と鱗の大きさや遊泳速度などとの関係を計 算し,それから乱流層の厚承・渦の大きさ・その移り変り速度等を把握し得た暁には,之等多 くの高速魚の実例と実船の船底流速分布の資料等とからそのレイノルズ数を合致させた適当な 規模の大きさの鱗式皮肩を船体外壁につけることが出来るであろう.そして乱流の発生を抑制 する進行波メカニズムを電子回路でつくり得たならば水中を航走する低抵抗潜水漁艇や水中を 曳行し易い漁網等広義の水産漁具を開発することも可能となろう,粘液効果の活用についても 高分子溶液を船体表面に塗布したり又は船底から浸出させる方式で新しい抵抗減少方法が展開 されるものと期待される所である. VⅢ、結 論 遊泳魚体の低抵抗性の機序として,弾性表皮効果,粘液効果,鰐効果,activeskinの効 果,尾鰭効果を順に検討してきたが,最も有力なものはactiveskin,尾鰭並びに粘液の効果 であり,特に前二者は互に補完して低抵抗性を維持していることを知った. 先ず弾性表皮について述べると人工の受動的模型表皮と生物軟体表皮との硬度の等価性が問 題で,Kraemerのイルカ皮膚模型が果して正しくその静的弾性と生体の動的弾性とを等質化 させ得たものか,なお疑問の残る所である.もし該模型の柔らかい表皮の左右側面に半波長ずれ のpassiveな雛動進行波が実際に現われるとすれば,始めて吾々のKraemer実験に対する 疑問も氷解するし,弾性表皮による抵抗減の可能性も生れてくると云えよう.粘液効果につい ては著者の実験では失敗したが,一般に高分子溶液のToms効果に基づく抵抗減少の事実は 公けに認められつつある.鯛効果について著者は低抵抗の立場からスロット効果なしと論断し たが,元々魚の遊泳運動に於いて海水中の溶存酸素を体内に取り入れるための総呼吸作用とし てその有効性を論ずべきで低抵抗の立場から論じたのは誤りであった.activeskin並びに尾 鰭効果について述べると流速分布からみた回流水槽性能の限界,流速計,検力計等測定用機器 の感度の限界もあって,流速最大1m/sec程度,抵抗減少量も生体のそれに比べてそれ程大 きな値としては検知されていない.然し魚の遊泳運動中この両者は相互に協力補完し合い,く ねり運動を通じて体側面進行波活用により境界層の剥離点を後方にずらせ,渦発生の遅れ・渦 領域の狭小化を来たす,更に尾部後方において左右進行波の相互干渉により渦のエネルギーが 減殺され渦も小さく圧力抵抗も減少する.之に加えてくねりの大響曲時に鱗の動きによる境界 層推力発生も期待されるなど之が遊泳魚体低抵抗の重要な要因と考えられる.以上をまとめる と個別には今後なお追求さるべき多くの問題点はあるが,遊泳運動では左右両側面の半波長ず れの進行波と鱗の動き,之に高分子溶液のToms効果を加えて現在最も有力視される低抵抗 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 7 7 の要因に挙げることができる. このような魚の低抵抗性に関する研究分野の発展は,海洋動物学の基礎的面から考えると, 魚の遊泳能力についての解明及びその運動器官についての解剖学的,生理学的解明の研究等と 互に寄与し合い乍ら進むものと考えられる.この結果をもし工学的に活用するとすれば水中を 航走する低抵抗潜水漁艇あるいは水中を曳行し易い改良漁網,更には油・水等流体輸送用の低 抵抗輸送管等広義の水産漁具の開発が期待される.又高分子溶液を船体表面に塗布したり,船 底から浸出させる方式で新しい抵抗減少法が展開されるものとして期待して良い. 謝 辞 著者が本研究に入る端緒を与えられ,且つその進行に当り終始鞭健と懇篤な指導・助言を, そして論文作成に当っては厳しい討論と周密な校訂を賜わった東京大学海洋研究所黒木敏郎教 授に謹んで感謝の意を表する.また同大学農学系各教授,助教授の有益な助言と批判に対して も深謝する.さらに実験にあたって終始熱心な協力を戴いた鹿児島大学水産学部中山博助手, 又実験用機器の改良・製作に尽力戴いた機械工場永田政義,高岡勝義の両技官に深く謝意を表 する.なおこの研究の一部は文部省科学研究費交付金によってなされたもので関係当局に対し 心からお礼を申し上げる. 文 献 1)』.Gray(1936):Studiesinanimallocomotion.Ⅵ、Thepropulsivepowersofthedolphin. 』・EXp・Bjoノ,13,192-199. 2),.R・Gero(1952):Thehydrodynamicaspectsoffishpropulsion.』、.M"s・ノVoWr.,(1601), 32−. 3)M、O・Kraemer(1960):BoundaryLayerStabiliZationbydistributeddampin9.J.A腕”・ SOC、Mzv.E"grs,72,25−33. 4)徳川武定・池上作太郎・大津義徳・鬼頭史城(1938):水中を進行する球,紡錘及び類似形態の抵抗 に関する実験.造船協会会報,No.61,41-163. 5)種子田定俊・本地弘之(1967):Flexibleな表面をもつ平板の摩擦抵抗,九州大学応用力学研究所所 報,No.26,85−98. 6)種子田定俊・本地弘之(1967):壁面のFlexibilityが遷移におよぼす影響.九州大学応用力学研究 所所報,No.27,25−30. 7)T.B.Benjamin(1960):Effectsofa8exibleboundaryonhydrodynamicstability.』. 〃"jdMec〃.,9,513-532. 8)M、T,Landahl(1962):Onthestabilityofalaminarincompressibleboundarylayerover aflexiblesurface.』.〃〃。、Mech.,13,609−632. 9)M・Takematsu〔1970):Stabilityofalaminarflowalongaflexibleboundary(Ⅲ)R印. Res.’”.』〃ノ.MBC〃.KyzJs〃〃U伽.18,87-100. 10)田古里哲夫・金信行(1969):高分子化合物水溶液浸出多孔質平板の抵抗試験.日本機械学会講演 論文集,No.216,29-32. 11)田古里哲夫・芦立勲(1969):小型管摩擦計の製作とそれによる魚の抵抗に関する研究.日本機械学 会講演論文集.No.216,63-66. 12)M、W・RosenandN.E・Cornford(1970):Fluidfrictionoftheslimeofaquaticanimals. R”.〃eaE"gmeerj"gDepar”e”,1-43. 13)G・Kempf(1935):WasserwiderstandvonHechten・Z・Ver・De”,Sc〃.I"9.,79,1016-1017. 14)E、G、Richardson(1936):Thephysicalaspectsofiishlocomotion.』・EXp・BioJ、13,63− 7 4 . 7 8 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) 15)FrankS・Essapian(1955):Speed-inducedskinfoldsinthebottle-nosedporpoise,T"耐Qps Tr”cα鯉8.Bノ・eyjora・No.43,1-4. 16)O、H・Wehrmann(1965):Tollmien-SchlichtungWavesunderthelnHuenceofaFlexible Wall.P〃S、Q/・肋J油8,1389-1390. 17)』.M・Kendall(1970):Theturbulentboundarylayeroverawallwithprogressivesurface waves・J・F7"〃Mec"、41,259-281. 18)種子田定俊・友成義正(1972):進行波運動による剥離の遅れに関する実験.九大応力研所報,38, 37-45. 19)Wilkie,,.R・(1959):Theworkoutputofanimals‘‘Flightbybirdsandbyman-power.', Mzr”e、183,1515-16. 20)奈良迫嘉一・金森政治(1956):大型対称式回流水槽について.鹿児島大学水産学部紀要,5,64-77. 21)奈良迫嘉一・金森政治(1958):大型対称式回流水槽について(続)鹿児島大学水産学部紀要,6, 99-105. 22)Y・NarasakoandM・Kanamori(1959):ALarge-sizedexperimentaltankoftwinsymme‐ tricellipticalcircuits.Mり〃〃が伽ggearQ/、!〃eWO〃、1,205-208. 23)K、E・Schoenherr(1932):ResistanceofflatsurfacesmovingthroughaHuid・Trα"8.s・凡 』.ME.,40,279. 24)Spoor(1946):Aquantitativestudyoftherelationshipbetweentheactivityandoxygen consumptionofthegoldfish,anditsapplicationtothemeasurementofrespiratorymetabolisminfishes・BjOI.B"〃、91,312-325. 25)Magnuson&Prescott(1966):Courtship,locomotion,feeding,andmiscellaneousbehaviour ofPacificbonito(S4RDACHILIEノVSIS).4"伽.Be〃αy・’14,54-67. 26)S、F・Hoerner(1965):“〃"idLDy"α〃CD、9.,,3-7(Hoerner,NewYork) 27)米科学雑誌記事:OCeα〃ん血‘S”・Feb、1969,V01.4,No.2,74. 附 録 その1魚型模型の作製 A・鯖模型 鯖のLinesを先ず定める.(Fig.11-11参照).剛体模型は台湾桧を材料として製作し,塗 装はラッカー6回塗りとする.次に之より弾性体模型をシリコーンゴムを材料として製作する. その詳細な作製要領は次の通りである.即ち, 先ずJ・I.S・ゴム硬度計を使用し,種子ケ島南岸沖操業中の巾着船第28照徳丸甲板上で生鯖 の静的弾性測定を行ない.流体抵抗に最も影響する体側線部の平均硬度13.0を得た.(Table (app)-1,Fig.(app)−1参照). 次に弾性体模型製作用の基礎資料を得るため東芝シリコーンラバーTSE350-5RTV,加硫 剤CE60,CE61及び硬度調整剤東芝シリコーンオイルTSF451-100CSを使用し,各種硬度 の標本を作製,その結果シリコーンラバー重量に対してシリコーンオイル25%,CE600.5 %,約2時間半で完全凝固状態でショワー硬度13.0を得た.(Table(app)−2参照). 次に生鯖と略々同種,同大の死魚鯖から魚の口腔内型(鯛吹き出し用)及び魚体の雌型を石 膏及びシリコーンゴムを用いて作製,之を使って鯖生魚に等しい閉口,閉鯛蓋;開口,開鯛蓋 それぞれ1組の剛体模型用桧製ラッカー塗り模型及び弾性体模型用シリコーンゴム製模型を作 った.尚尾鰭については剛体は木製,弾性体は実物の尾又はframe入りのシリコーンゴム製 の尾を使用した. 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 7 9 B,鯉模型 鯖の場合と同じ要領で剛体模型と弾性体模型を製作した.ここで鹿児島県野間池で,ソーダ カツオ,メチカの鯉生魚体の硬度測定(平均硬度21)を行ない,之と略々同種同大の死魚鯉か ら魚口腔内型(鯛吹き出し用)及び魚体の雌型を作製,之を使って鯉生魚に等しい桧製及びシ リコーンゴム製実物大模型を作った.(Fig.11-13参照). 更に上記鯉の2倍の大型シリコーンゴム模型作製の必要もあってシリコーンゴム試験片厚さ 1,2,3,4,5,6cmに依って1年半硬度の経年変化を調べたがその結果,厚さと無関係に硬 度は略々1ケ月で安定し,‘恒温,恒湿状態では長期に亘って殆んど変動しないが,温度,湿度 の変化で硬度も一般に硬化する事が判った.(Table(app)−3参照). その2activeskinのカム機構とその運動 Fig.(app)−2に示すように鱗板は大小二種類のカム19の(No.1∼24),12.5‘(No.25∼ 28)とカム水平回転軸6‘との組合せで作動,夫々のカムと接触する水平突き棒の長さは現場 合せで例えばNo.1で56.5mm,No.14で49.5mmの如く鱗板の最大開きが夫々所定の 最大開き2.5mm,1.5mmになるように調整してある.大カム,小カム何れも突き棒先端8 Rとして針点接触遊隙なしでFig.(app)-3のように図上計算すれば回転角に対する揚程,速 度,加速度は夫々Fig.(app)-4のように表わされる. この場合カムの偏心運動は単純な調和運動をなさず,隣接鱗板のヒンジ部で拘束を受けるた め夫々図示のような5種類の波形の異なる進行波を重ね合せた複雑な偽調和運動をすることに なる. 8 0 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) 【0 F i g u r e s , T a b l e s i a n d P h o t o g r a p h s 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 FiguresContents Fig.1−1 Thedragcoefficientofvariousmodelsasafunctionof Reynoldsnumber. A:Therigidreferencemodel B:Fullycoatedmodelwithcoating-stiffnessofthe cylindricalsection(1600PCI) C:Fullycoatedmodelwithcoating-stiffnessofthe cylindricalsection(800PCI) D:Fullycoatedmodelwithcoating-stiffnessofthe cylindricalsection(600PCI) 〈fromKraemer,1960>…………..……………………………・…86 Fig.1−2 Fig.1−3 Fig.1−4 Frictionreductionofslimesofseawaterfish,whendis‐ solvedinoceanwaterinvariousconcentrations(from Rosen&Cornford,1970).…………・………・………・……………………87 Relationbetweenburst-speedandbody-length.……………………88 Relationbetweenburst-speedandbody-lengthatthe constantresistance.………………………..………・………………………88 Fig.11−1 一ロロロロロ一一ロロロロ一一ロロロロー︾■。■“一一■ロロローーロロ。■一一口■ロロー 2345678 ーロ・ロローマロロロ画一︾ロロロローマロロロローマーロロロローマロロロ■一一■ロロロー 一一一一一一一 一一︺︵︶一唖︺︵︶一“︾︵︶一︾︺︵︶へ辛︶︵︶一”一︷︶一”一︵︶ ●勺日壬●勺Ⅱ&●勺Ⅱ冬●卓Ⅱ上●句0ユ●勺8︽●卓Ⅱユ ︻︼印ユ︻一凹呼ユ︻︼酢ユ︻凹酢今︵︺岬ユ︻凹呼ユ︻H正 ●●●●●●● 一︷︺︵︶一一︺︵︶一函︶︵︶へ︺︵︶一︾︺︵︶一一︺︵︶ ●つⅡ&●令Ⅱ︽●口Ⅱユ●。I上●旬日坐●勺Ⅱ︽ [凹酔ユ︹凹酔ユ︻凹醒些戸︼呼些[凹酔ユ︻哩印冬 ●●●●●● ll-9a II-9b ll-10a Thelargecirculating-water-channelofFacultyof Fisheries,KagoshimaUniversity.……・…・…………………・…………89 Geber-typedResistancedynamometerandrigidflat-plate.・・6……90 Shapeofflat-plateend..……・………・………………・…・………………・91 DefinitionsofprincipaldimensionsofHat-plate.……・…・………・…91 Resistancetestresultofrigidflat-plate.…・…・……………………・92 C,-R”Curve(withnoedge・effectcorrection)...…………・………95 Q-R”Curve(withedge-effectcorrection).…………………………96 Definitionsofprincipaldimensionsofflat-plateandfish bodymodel.…..………………………………・……。.…・……………………97 Shapesofrigidflat-plateandflexibleflat-plate.……………………97 DetailsofflexibleHat-plate.….…・………・…・………・…………・………97 ll-10b Resistancetestresultsofflat-plateswithnofishoil...…………・98 ResistancetestresultsofHat-plateswithfishoil.………………98 ll-11 Linesofscombroidmodel.…・…・………………………………………・…99 11-12a Resistancetestresultofscombroidmodelwithor withoutfishoil.……..…………………………….………………………100 Figll-12b Mouth&gill-covereffectsofscombroidmodelwithno fishoil..。…………………………・………………・…・…………・・・…・……100 Fig.11−13 Linesoffrigatemackerelmodel.………・…………………・……・…101 Fig.11-14a Resistancetestresultsoffrigatemackerelmodelwith nofishoil.…………・……・…………………………………………………・103 Fig・II−14b Resistancetestresultsoffrigatemackerelmodelwith fishoil...……………・……………・………・…………………・……………104 8 1 8 2 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) Fig.1I-14c Resistancetestresultsoffrigatemackerelmodelwith nofishoil.………………………..…………………………….…………… 104 Fig.11−14. Resistancetestresultsoffrigatemackerelmodelwith Fig.11-15 Resistancetestresultsofstream-line-formmodel..……・……・ 108 Fig.1V−1 Respirationmethodoffish(horizontalsectionoforal cavityalongthebody-axis).……..……………………………・…… orwithoutfishoil..…………….……….……………………………… 105 Fig.1V−2 Comparisonbetweenthesizesofsnoutandofgill‐ Fig.1V−3 Slotofairplane(DC-8,B-727).…………………………・…・…・…… Effectofslotduetosnoutandgill−cover-holeofscom‐ 109 cover-hole.…….……..…………………………..…………….…………… 109 Fig.1V−4 109 broidmodelwithnofishoil.…………………・…・……・…………… llO Fig.1V−5 Effectofslotduetosnoutandgill−cover-holeoffrigate mackerelmodelwithnofishoil.…………..………………………. 110 Fi9.V−1 23456 −一一一一 VVVVV 一︺︵︶一一︺︵︶︵︺︵︶へ︺︷︶一一︺︽︶ ●卓Ⅱ壬●旬日L●勺Ⅱユ●勺■&●勺Ⅱ4 戸凹酔ユ︻︼酢ユ︻︼酢ユ︹︼叩ユ︻幽呼ユ ●●●●● Fig.V−7 Fig・V−6′ Fi9.V−7, Fi9.V−8' Twodimensionalstream-line-form-modelsuppliedwith activeskin.…..……….………….…………….……………………….… 111 Experimentalapparatusofresistancetest.……・……….………. 112 Flow-visualization(tuftsmethod).………………………………… Experimentalapparatus(hydrogen-bubble-method)..……・…・… 113 Effectofphase-differenceonresistance.….……………………・…・ 114 Effectofactiveskin(amplitudesofscaleplates,F・→ A・(gradualdecrease)).…..……………………………・……………… 115 Effectofactiveskin(amplitudesofscaleplates,F、→ A・(gradualdecrease)).……………..……………………・…………… Effectofactiveskin(amplitudesofscaleplates,F、→ A・(gradualincrease)).…………………..…………….……………… 113 123 123 Effectofactiveskin.…….………………..…………………………… 131 Effectofactiveskinwithス/2phase-differencebetween S・andP...………………………..………….…………………………..… 132 Fi9.V−8 Flow-visualization(tuftsmethod)oftheflowrunning overthesurfaceofscaleplates..……………..…………・….……. Fi9.V−9 Flow-patternpastrotatingcircularcylinders(fromS. F・Hoernerl965,Fluid-dynamicdrag).………………・……・……・ EffectofactiveskinwithノI/2phase-differencebetween Fig.V−10 132 134 S・andP..。…………………・……・……・…….…・………………………… 134 Fig・VI−1 Resistancetestofcylinderwithflutteringfinattatched behinditinwater.……。。…・…・…….。…・…・……・………・……・・…… 136 ︵︾︶︹︶一函︺︵︶一︾︶︵︶一理︺︷︶ ︵︾H︾︽︵﹄︼昨冬︻凹呼ユ.︵醒園呼今 ●屯Ⅱ壬■勺Ⅱ&●勺0上●制0︽ ●●●● VI−2 Experimentalapparatus(hydrogen-bubble-method)..……・……・ 137 VI−3 Smallwind-tunnel(smoke-tunnel).……・…………………・………・ 138 VI−4a Curveof(Ro-R‘)/Ro∼R,,..………………..…・・………………………・ 140 VI−4b Curveof(Ro-R,)/Ro∼R,,showingV-cutfineffecton resistance-reduction.……………・…・…・…・…・…。。………………….。… 141 8 3 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 Fig・VI−4cCurveof(Ro-R,)/Ro∼R”showingiin-thicknesseffect onresistance-reduction..……………..….….………….……………… 143 Fig・VI−51nfluenceof“splitter,,-platesonthedrag-coefficient ofthevortex-street-producingshapes(fromS.F・ Hoerner,1965).………………………。.……・…………………………… 148 Fig・VI−6Cur・veofCd∼R".…………………・……。.……………………………… 148 Fig・VI−7Apparatusforobservingtheswimmingfish.…………………… 150 Fig・VI-8-①Swimmingmotionofnormalfisheswithdorsalfinand caudalfin.………….…………………………………………………。。…… 152 Fig,VI-8-②Swimmingmotionoffisheswithnodorsalfin.………………… Fig、VI-8-③Swimmingmotionoffisheswithnocaudalfin.………………… Fig・VI-8-④Swimmmingmotionoffisheswithnodorsalfinand 154 156 caudalfin.…..………………………………..………….…………………・ 158 Fig・VI−9RelationbetweenswimmingmOtionoffishesandfin‐ effects...……………………・……….……….………………………・…… 159 convexbody-surfaces.。.…………………………………………………・ Fig.(app.)-11nner-construction-profileofJIShardness-tester.……..……・ Fig.(app.)-2Detailsofcamandpushing-rod.・・・…..……………・…………… Fig.(app.)-3(a)Calculationofcam-lift..………………・…・………………………… Fig.(app.)-3(b)Liftofsmallcam12.5‘.……・……………..……………・………・・ Fig.(app.)-4(a)Cam-diagramoflargecaml9‘.………………………………… Fig.(app.)-4(b)Cam-diagramofsmallcam12.5①.……………………………… 159 159 9 356 676 89 56 1 16 116 116 1 Fig、VII-1Progressivewaveuponepidermis(dolphin,fish).……・….……・ Fig・VII−2Generationofthrustbyfish-scalemotion...…………..……・…・ Fig・VII−3Thefeaturesoffish−scalesontheconcaveandthe nablesContents 1234一 5 − 一 一 一 I I I 1 1 1 I I I I e1 e1 e1 el e 1 曲小曲小曲 TTTTT TableVI−1 PrincipaldimensionsofrigidHat-plates.…………………………91 Principaldimensionsofflatplate-model...………………・……・・・98 Principaldimensionsofscombroid-model.。.……………・………100 Principaldimensionsoffrigatemackerel-model.……………103 Principaldimensionsoffrigatemackerel-model (caudalfin,cutoff).……・……………………………………・………・106 Reduction-rateofresistance(Ro-R,)/Ro%・ Ro:Resistanceofcylinder R′:Resistanceofcylinderwithflutteringfin……………139 TableVI-1' Relationbetween(Ro-R,)/RoandR洲. (Ro-Ri)/Ro=a+bR〃 a:Segmenton(Ro-R,)/Ro-ax b:InclinationofstraightlinetoR"一ax・…………..……149 8 4 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) App・Tablell-1 DistributionofHow-speedatpoint(x,y)inverti‐ Table(app.)−1 ComparisonoftheShore-hardnessbetweenthe calcrosssection.…・…・・・…………………………………..……162 livescombroidandthedeadone.……………・………・…・…164 Table(app.)−2 Table(app霞)−3 Changeofhardnessoftestpieces..…..…・……………。。…164 Changeofmean-hardnessofsiliconerubber(sili‐ coneoi125%,CE600.5%)foramonth,imme‐ diatelyafteritsmaking.…・…………………………………・・164 血肋2拠恥姐小馳 一I 一I 一I 一I 一I 一I 一一 I I I II II II I Ot OOt OOt OOt O t o Ot OOt OOt OO 可、可n勺n制、、n可、、n勺、 PPPPPPPP Photoll-5b Photoll−6a PhotolI−6b Photoll−7a PhotoII-7b 1,勺n勺、 p△p&p▲ OOt 0 t Ot OO V−1a V−1b V−2 PhotographsContents Frontviewofthelargecirculating-water-channel.……………89 Paddle-wheel,featheringtype..……・…….…………………………89 ResistancetestonrigidHat-plate.…・…………………………..…90 Resistancetestonrigidmodelofscombroid..…………・…・……99 Resistancetestonflexiblemodelofscombroid..……………。.…99 Resistancetestonrigidmodeloffrigatemackerel.…………101 Resistancetestonflexiblemodeloffrigatemackerel.……101 Resistancetestonrigidmodeloffrigatemackerel (twicethesizeofthemodel)..…..………・………………….。…102 Resistancetestonflexiblemodeloffrigatemackerel (twicethesizeofthemodel)..………………………………..…102 Resistancetestonrigidmodeloffrigatemackerel (caudalfin,cutoff).…………………………………・….…………・…106 Resistancetestonflexiblemodeloffrigatemackerel (caudalfin,cutoff)..……….…………………………………・………106 Resistancetestonrigidmodeloffrigatemackerel (caudalfin,cutoff)〈twicethesizeofthemodel>・…………107 ResistancetestonHexiblemodeloffrigatemackerel (caudalfin,cutoff)〈twicethesizeofthemodel〉.…………107 Scaleplate.……………………….………………・……………………・111 Mechanismofcamandscaleplate.…………………・………..…111 Apartofexperimentalapparatusofresistancetest onactiveskin-model.……………………・・…・………………………112 PhotoV−3 PhotoV−4a Flowrunningoverthesurfaceofscaleplates.………………132 Flowrunningbehindtheactiveskin-model(scale plates,fixed).ASA200,1/15;〃0.179m/sec,R”1.5× 105;13.0amp,E15volt………・…・……………・……・…..…………133 PhotoV−4b Flowrunningbehindtheactiveskin-model(scale plates,operated).ASA200,1/8;〃0.179m/sec,R” 1.5×105;13.0amp,E15volt(J"=0.9〃=0.16m/sec)………133 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 PhotoVI−1 Experimentalapparatus(hydrogen-bubble-method).…………137 PhotoVI−2 Flowrunningbehindthecylinder・ASA200,1/8; PhotoVI−3 FlowrunningbehindthecylinderwithvinylHutter‐ '0.173m/sec,R’’8.0×103;13.3amp,E20volt………………146 ingfin(rectangularform).r0.06mm,j7d;ASA200, 1/8;〃0.173m/sec,R”8.0×103;13.3amp,E20volt………146 PhotoVI−4a F1owrunningbehindthecylinderwithvinylflutter‐ ingfin(rectangularform,1/4V-cut).Z0.06mm,ノ7.; ASA200,1/8;'0.173m/sec,R”8.0×103;13.3amp, E20volt….。…………………………………・……………………………147 PhotoVI−4b Flowrunningbehindthecylinderwithvinylflutter‐ ingfin(rectangularform,1/2V-cut).Z0.06mm,j7d; ASA200,1/8;〃0.173m/sec,R〃8.0×103;13.3amp, E20volt…………………………………………………………………147 PhotoVII−1 ArcticwhitewhalesandB・CdTelpOol(Vancouver PhotoVII−2 aquarium)..…・……・……………………………………………………160 Swimmingmotionofarcticwhale.………・…・………………・…160 8 5 8 6 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) 0 30 2 50864 l 一 − 型』 L 些 些 uIent 一 冒云− , mo−xoo−この一。﹄迄⑩◎Umm﹄ロ B 多 / ‐ [ q c 、 、 ( I I 、 I I I I ∼ Q E I 、 、 4 6 8 1 0 1 5 20 ReynoIdsnumberRnxIO6 Fig、1−1Thedragcoefficientofvariousmodelsasafunc− tionofReynoldsnumber. A:Therigidreferencemodel B:Fullycoatedmodelwithcoating-stiffnessofthe cylindricalsection(1600PCI) C:Fullycoatedmodelwithcoating-stiffnessofthe cylindricalsection(800PCI) D:Fullycoatedmodelwithcoating-stiffnessofthe cylindricalsection(600PCI) 〈fromKraemer,1960> 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 8 7 。︷。。﹂の一m乏一仁句①UO星雲ミー ℃①﹂、。↑と○○CO一一。.U①﹄匡○雲○一﹂L 3oF息−4ざ G 靴 ヱーヌ、丙n口、己 O弔電三三雫〒82030405060708090IOC Per−centslimeinso{ution,。/b Fig.1−2Frictionreductionofslimesofseawaterfish,whendissolvedinocean waterinvariousconcentrations(fromRosen&Cornford,1970). 8 8 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) 4E二での①。切茄﹄.画 432 ヴヅ2浬 I : 息 浄 、 ゲノ″‐q鼠 /〃 〃 も 〃 O Q I Q 2 0 . 3 0 4 0 . 5 −LmBodyIen9th Fig、1−3Relationbetweenburst-speedand ・body-1ength. 二℃①①。山一⑩﹂.、 、二cons↑LV雪cons1. −LBodylength Fig・’-4Relationbetweenburst-speedand body-1engthattheconstantresistance. 8 9 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 一 一 一 ・ 一 − − − − ト ー 一 ・ 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 1 A TT 1 l I l I AL O b s e r v a t i o n p i t 員 Wave T q 1 l I 訂一一一藍 l I l l 雁 酉 = ︾|州 l lllll1llIIlllIl1lIIL ' − , A 胤冒u 」 uEt l l l l l l Wirenet l l L 」 一 │ 藤 垂 i H f ご J l E u 塗 i弓Ⅷ凶﹃I り 臆 J r 議 傭 黒 … 剛 管 へ ;; A−ASection Fig・II−1Thelargeclrculating−water−channelofFaculty ofFisheries,KagoshimaUniversity. Photoll−1aFrontviewofthelarge circulating-water-channel. Photoll−1bPaddle−wheel,featheringtype. 9 0 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) lI4HI410 -9--│頑票示哩 f垂艮 1−割土 「 円 岳手 I1IIil1「 F雨 Ⅱ=、」lLⅡー O O O O O O O O O 」 置 司 * lへ I o o o L e a df orbalancingweight Fig.11−2Geber−typedResistance dynamometer andrigidHat-plate. 6〆塞ぎ篭三 麹… 1Ⅸ J農f冨戸JⅢ?Wl i ' 遜蕊 x , 巴 弓 。 , 罫 曲 昌 、 、 f [L笹[ 藍瀧 瞥 蕊縛驚 。 L 鶴 i 阜曾晶芭雪q串.津叱睡…粥騨謡哨群一一一品・託齢蝉錨韓喜繊錘蝉f魂UYY面、、…,マ…一・一一品畢も■唖一画一戸 Photoll−2ResistancetestonrigidHat−plate. 9 1 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 Tablell-1Principaldimensionsofrigidflat-plates. Model p︽ロLpLp上ロ上ロユ −23456 B r S 『 L c B B C B (、) (、) (、) ( m 2 ) ( m 3 ) (、) (、) 0.340 0.096 0.008 0.0653 163×10−6 0.170 0.0566 0.340 0.071 0.008 0.0483 108×10-6 0.170 0.0441 0.340 0.048 0.008 0.0326 53×10-6 0.170 0.0326 1.000 0.240 0.008 0.480 1192×10-6 0.500 0.142 1.000 0.164 0.008 0.330 662×10−6 0.500 0.105 1.000 0.090 0.008 0.180 253×10-6 0.500 0.056 L ■ LongitudinaIsection (FOre&aftsymmetry) Transversesection (Breadth24cm) ゆ =竺一三津= 角=− l f 45−F−4s 240 Transversesection(Breadth9cm) 一 一 1 6 「 . Unit:mm Material:Formosancypress Fig.11−3 ShapeofHat-plateend. T・上 に玉二1 「 L C B . BCB 1 〆、 ↑ 1 Fig.11−4Definitionsofprincipaldimensions o f f l a t p l a t e . 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) 9 2 50 JIo−ovvITnIrIp 副InQsvvo「u 一一Qwithouttrlp E1Inosvvoru 。−pSwordc 40 O2 O 3 ﹂、︶一匹①U仁、一⑩一切のa ひ−−−oFIatDIatewIInIr1Ig 生一一つ卜1月TDlaTeVVIInOulUILj [ 刀 △ 【 丁 □ 諺 二 二 三 雲 三 三 三 三 つ ‘ l ' 。 可詩語竜莞完耐冒而扇一r示而耐.c 0 −−vm/sFlowvelocity Fig・II-5aResistancetestresultofrigidflat-plate. 50 P 2 O 4 一一 C込 0 △−△Withouttripwire;incIudingsword p-pSwordonly 一生 mm ︵﹄、︶一匡の。仁、一切一切の生 。 ' │ o−OWithtripwire;incIudingsword Flatplatewithtripwire JldIEIInOuIIrI 興〆室 O l O Q 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 1 . 00 一V、/sFlowvelocity Fig・II-5bResistancetestresultofrigidflat-plate. 9 3 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 可In□ ョ 勺 【 〕 一 コ E】lnosvvoru Q戸−−△Wi↑houttrIp ロー一計」Swordc 4C 生一一つ卜IaTDIalewllnouIIrlp ﹁4 F﹄ ﹂、︶一匹の。仁、一m耐のa >−oFIatDlatewItn[np 2〆一。一う:一/_△ r 可 I L』 ‘ L 『 雨 r 嘉 二 雲 三 窯 三 二 二 毒 而 _ 献 一一一V、/sFIowvelocity Fig、II-5cResistancetestresultofrigidflat-plate. 一︵︺ '50 P4 。lnQ量vvu『un 】u 一一 一一 ○過 ひ生 バー ︵﹂、︶一αの○厘m↑⑩一m①a O O5 :r//エ 1 差 三 プ ン . 0 QlOO、20030Q40Q50060070q30090 −V、/sFlowveIocity Fig・II-5dResistancetestresultofrigidflat-Plate. lOO 9 4 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) '50 P 5 ○一一一○ ムー△ 一一 幻毛 Gケ ︵﹂、︶一匡のU仁、一辺の①a O O5 ローーーロ W i t h t r i p w i r e ; i n c l u d i n g s w o r d W i t h o u t t r i p w i r e ; i n c l u d i n g s w o r d Swordonly F l a t p l a t e w i t h t r i p w i r e ○ ①laTew1InouII『Ip 9//⑥ Q峠OA I 0 修参一一一, 0100200300600.。●0.0 0 一一V、/sFIowvelocity Fig・II-5eResistancetestresultofrigidHat-plate. 150 P 6 ︵﹄、︶一匡の。匡珂↑⑩一mのa OO 5 I 0 o−oWithtripwire;incIudingsword △一△Withouttripwire;includingsword p−−−pSwordonly 一一一oFにltplatewithtripwire 公一詮FIatpIatewithouttripwire 移 三 室 塞 ぎ 雲 OlOO20030Q40Q5006007DO80090IOO 一一ーvm/sFlowvelocity e Fig・II-5fResistancetestresultofrigidflat-plate. 9 5 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 Withouttripwire e WithtripwIre Plc一一一○ PlO−−−−−O ↑○一仁①で一幸の○○ 一○①。匡、一m一切①﹄一mc○一一○一﹄︸ ︲︲︲’ O34mp2△一一一可△ 0.34mP2△一一△ 口一一一一イ」 Eトー一一乱』 圭二茎二者 】ト 0 5 一同nReynoldsnumber - Fig・II−6aCノーR”Curve(withnoedge-effectcorrection). ’’ P40−−−0 JU,'・P5△一一一凸 Withouttripwire P4◎一一一つ JU58Irク5生一一一誼 ゴー一一副弓 − =霊室三 エ幻 ↑○一仁①で一幸の○○ 一○の。仁、一m一mの﹄一mc○一一○一﹄↑ ● WithtripwIre 巽 宅 3 2 0 3 0 4 . O a O 6 . U 一RnReynoIdsnumber − Fig・II−6bCーR〃Curve(withnoedge-effectcorrection). OxlO5 9 6 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) Withtripwire Withouttripwire m PI−P2q−−や Pl∼P3△一△(、×・嵐0048) PI−P3公一一一△ P2∼P3□一一一口(.“、xoo23) P2∼P3ひ一一一口 RloIdflatDlE × △ 坐一プー△ トー’’’ 一○一仁①で一軍①○○ 一○①U仁、↑仇一切①﹄一旬仁○一一U一﹄︸ 偶にp86420 PI∼P2○一○(o34瓜ooOe風oo25) 匙 三 9 8 蚕 室 0 5 1 0 ’ 5 2 0 2 5 x l O 5 −RnReynoIdsnumber − Fig・II-7aCf-R”Curve(withedge-effectcorrection). Withouttripwire P4−PSO−O(,。。。,‘QOO8盛品76)R‘-門←--毛 ’’ ﹄○ 一○の。仁、一m一切の﹄ Withtripwire P4∼P6△一△(・×。x0.150)周一Pも母一一一△ .LO7q】FS−F6ユーーゴ弓 イldidfIatDIate 一m匡計司馴目 ■ 一厘の一U一幸の○○ XIOy 一RnReynoIdshumber - Fig、II−7bCf−R”Curve(withedge-effectcorrection). 9 7 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 一咽 B 司 ﹂恥 「 C ・ B ハ ’( 、 / Fig.11−8Definitonsofprincipaldimensionsof Hat−plateandfishbodymodel. 1 1 1 5 nnH−隅 − 一 一 ニ ー ー (Dimensionsinmm) sectionA-A Fig・II-9aShapeSofrigidflat-plateandflexible H a t p l a t e . 、0.6TinDIg 05 5 5.0 4.に z【 Fig・II-9bDetailsofHexibleflat-plate. 9 8 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) Tablell−2Principaldimensionsofflatplate-model. Pノ r (、) J 2 Sm く P J Bm く L M o d e l l H : 謡 : s ○ (、) 『 ( m 3 ) L C E (、) BCB (、) 100 ( R i g i d ) 0.340 0.047510.00810.0323142×10-6 1 3 Po-oRigidf1atpIate(HardnesslOO) p’生一一△FIexibにflatpIate(Hardnessl3) O 61 41 21 08642 2B 11 = 三 三 三 三 造 ≦ ニ ー ラ ー トーllll ↑○の。C里⑩一切の﹄一m亡◎一一U一﹄↑一○一c①一。一一一の○○ x10.3 ミミミラ造≦二 SchoenherrfrictionIine 0 Q I O 5 I D -2ー富一頁でず −RnReynoldsnumber Fig・II-10aResistancetestresultsofHat-plates withnofishoil. Po-oRigidfIatp1ate(HardnesslOO) 一○⑳○cm一望、の﹄一阿仁◎一一○一﹄一一.澄⑩一○一準①。。 翠釦旧旧叫吃い864ll2 O lll P,△---毛FlexibにfIatpIaie(Hardnessl3) x I O 3 SchoenherrfrictiOnIine す 声 声 6 − 言 − 5 − − −RnReynoldsnumber Fig・II-10bResistancetestresultsofflat-plates withfishoil. 0.170 0.0323 9 9 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する些礎的研究 タ、 ロ 壷髭華鐸 語== 01壱 一 < = ‐一章== Ordinatesapart Waterlinesapart 0344m 0.053m 0.073m 0.035m 《 贈 = に ¥ ) , 卜 、曇必ノレ 0.01m A 圃 Closedmouth&closed 齢了 一 創一F Bodylength Bodybreadth Bodyheight 厘=罰』 # に BC, 0.360m ABCDEFGH Principaldimensions TotaIlength qbC8cbd − ア 一一 ODDCeC0 D4 DI 0 皇 く そ : 8 9 9 吃 1 0 己 【 合 2 3 ABCDEFGH 一一 ABCDEFGH ==§ gillcoverS−CorSLC−N 巽X、 i l c l I 1 i i 1-.‐Openmouth&open llill! 1 . イ ル ' 1 ノ | − 盾 目 7 1 言 、 [烈烈 gillcoverS−OorSと0−N eC Bow&buttock iinesapart DispIacement 0.01m 0.589kg F埴.II-11Linesofscombroidmodel. 一卜宜 蕊蕊 識鰯 溌蕊蕊瀞! Photoll-3aResistancetestonrigid modelofscombroid. Photoll-3bResistancetestonflexible modelofscombroid. 100 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) Tablell−3Principaldimensionsofscombroid-model。 M o d e l l H § 謡 : 霊 ’ ( 急 ) S S ノ B r S ’ (、) (、) (m2) ( m 3 ) 鈴|B” 100 ( R i g i d ) 0.34410.07310.05310.04731310×10-610.14810.0361 1 3 一一 基繍;職:│……! ) s−CRigidmodelofscombroid6 Closedmouth&clOsedgillcover S−c−l3FIexibIemodeIOfscombroid 謡空釦旧旧叫尼旧86420 X I O ・ ヨ W ith1jshOil (shorehardnessl3); 411111 ↑。①U仁里⑩一切の﹂一m仁。一一U一﹄一一○だ①一U一一一①。。 Closedmouth&cIo5edgillcover 画 Schoenherrfrictionline QlO5101.52.025xlO5 −−RnReynoIdsnumber Fig・II-12aResistancetestresultofscombroidmodel withorwithoutfishoil. 一一 x I d 3 S−O S−CO RigidmodeIofscombroid; Openmouth&opengillcover RigidmodeIofscombroid; Closedmouth&oPengillcover ↑。①U仁里切一⑲①﹄一m仁○一一U一﹄↑︾○着の一。一準の。。 mid a−lZrlexlDlG lcOVer ’ Schoenherrfrictionline o I Q 5 1 . c xIO5 一RnReynoIdsnumber Fig・II−12bMouth&gill-covereifectsofscombroid modelwithnofishoil. 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 101 ABCDEFGHIJK ABCDEF ≦妾一戸 _ ユ ー ー 夢 歩 jgjj ︻u・隅U︵﹄一副u一円︾︲︻︺︽﹀一隅U何︺ 一Closedmouth&closed giucoverKIorK1-N Ppenmouth&open gillcoverKl-OorKi-N-O ●一 Bow&buttock linesapart DispIacement 鐘 〃ダ 、測 、、 Lー |刈 ︾″ ノ、 グ グ” グ一 一 一 ■■匪 ︼﹂ノ 、吟一 ノ△ ア 0−01m ﹂. 抵宮 アー .〆 〃一 ■■﹃■ 唾﹃五 Lにア ラ卓ア ラゲ’ 0.04m 一■■画闘 固 亜 幽■■ 、い ・量 画・風 雁’ ずf 0.095m ,=弓 ABCDEFGHIJK 0.065m Bodyheight Ordinatesapart WaterljDeSapart 言三雲豊雲 ABCDEFGHIJK Bodybreadth 0.413m 一 0.442m 三彦雲= 三二 一一一一一一一 TotaIIength BodyIength ABCDEFGHlJKI Principaldimensions 一一一一一一一一 読毒 Ⅲ一一陰H 一 1’一一 11﹄lll ■ 『 8 − ニ ー ー 0.01m 1 . 1 5 k q Fig.11−13Linesoffrigatemackerelmodel. # l幽出 5 Photoll-4aResistancetestonrigid modeloffrigatemackerel. Photoll-4bResistancetestonflexible modeloffrigatemackerel. 102 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) 型 蕊 z潰戻。シ、盟懸藍溌§溌蚕ど' Photoll-5aResistancetestonrigidmode1 offrigatemackerel (twicethesizeofthemodel). 蝿2塁 、髄 淵 藍 l s 愛睡や Photoll−5bResistancetestonHexible modeloffrigatemackerel 〔twicethesizeofthemodel〕. 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 103 Tablell−4Principaldimensionsoffrigatemackerelmodel. K ( K 2 K ; く K 1 7 3 〃m M o d e 1 l H 雑 . 。 ' ( 急 〕 | ( 芸 ) | ( 皇 ) | ( 嘉 曾 ) L c B BCB (、) (、) 100 ( R i g i d ) 0.40010.095 0.065 0.07311550×10-6 0.160 0.0452 0.2934 0.351 0.0820 2 1 100 ( R i g i d ) 0.800 0.19010.130 4400×10−6 2 1 。 − ◎ K l Rigidmodeldfri9a1emacke砲I; CIosedmouth&cIosedgillcoVer F 1 e x i b I e m o d e l o f f r i g a t e m a c k e r e l ←−−−口K1.−23(shorehardness23); Closedmoulh&Cl◎sedgillcOver x I Oヨ Rexib胞modeloffrigatemackereI CI・鞘濡播鯛龍e聯c・ve『 F1exibIemodeIoffri9atemackerel 津一一一一鍾K,’−16 R (sh◎rehardnessI6); CIosedmoulh&Cl◎sedgilIcOver l l XI I Uの○仁、一切一⑱①﹄一阿仁○一一U一﹄一一.一仁の一。一一↑の。。 翠釦旧帽料吃、8642 生一一一一△K,'−21 0 05 1 . 0 1 . 5 2 p 2 5 x l O 5 一一RnReynoIdsnumber Fig・II-14aResistancetestresultsoffrigatemackerel modelwithnofishoil. 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) 104 ← 一 一 K 1 Ri9idmodeId↑ri9atemackerel8 Closedmou1h&closedgillcover F1eXibEmodeloffri9atemackereI 酷一一一。K1.−23 一○①じこ、一m覇の﹄一mこ◎一で一﹄↑↑。︸この一。一一↑①。。 誤空釦旧旧偶吃p8642 (shorehardness23) Closedmouth&cIosedgillcOver ckerel ; C◎Ver ,】 ckerel 。 』 cover ’ 0 一RnReynoldsnumber Fig.II-14bResistancetestresultsoffrigatemackerel modelwithfishoil. 今 RigidmodeICI1riga1emackereI; Openmou1h&opengillcover △一一一一もK''−23−OFIexibIemodeIoffrigatemaCkerel xIO・ヨ 411111 ↑。①。匡珂一切一⑩①﹄一mc○一一U一﹄一一.一仁の一○一幸の。。 牽誤翠釦旧旧叫尼旧86420 ー◎K1.-O (shOrehardness23) Openmouth&Opengill 、 I ; COVe「 S 、 ! 、 ∼ 一 J J 二 Schoenherrfrictionline Q 5 1 0 1 . 5 2 0 2 S x 1 0 5 −−RnReynoIdsnumber F i g . ll−14cResistancetestresultsoffrigatemackerel modelwithnofishoil. 105 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗'性に関する基礎的研究 rigidbody0CIOsedmouth&closed9illc◎ver- TvW懸蛎 :琴cW柵棚鯛01W:"'’一一一△ ClOsedmouth&closed9iIlc◎ver KZ 11 Twicethe5izeo1frigatemackereImodel。 WilhOutIishoi( K2'−10 Twicethesize◎Ifrigatemacke鱈ImodelD 釦旧旧叫吃旧8642 ri9idbody,CIosedmouIh&closed9illcOverローo TwicethesiZeoffriga1emackerelmodeI, 1 1 e x i b 1 e b ・ d Z , j 期 紬 荊 ・ 澱 l 1 6 i i l c o v e 『 ×一一一一一一・K KZ Withfishoil Kz’−10 ’ 一○①○仁、一切一切の﹄一m仁○一一U一﹄一一.一厘の一。一一↑の◎。 些 云 ミ ミ ミ ミ 達 ミ ニ 詮 = = = 壷 圭 = 厘 】陸 0 J Z O 3 0 4 0 5 ① 3 −−RnReynoldsnumber Fig・II-14dResistancetestresultsoffrigatemackerel modelwithorwithoutfishoil. 、希 106 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) Tablell−5Principaldimenslons・offrigatemackerelmodel (caudaliin,cutoff). 剛 . " ! │ 、 跳 亀 │ ( 烏 〕 | ( : ) | ( & 〕 K,(c、f、) Kf(c、f、) K2(c、f、) K;(c、f、) S ’ LcB B C B ( m 2 ) ( m 3 ) (、) 〔、) 100. (Rigid) 0-400 0.095 0.065 0.800 0.190 0.13010.276214400×10−610.35110.0820 0.0690 550>〈 10-610.16010.0452 23,16 100 ( R i g i d ) 1 0 Photoll-6aResistancetestonrigidmodel offrigatemackerel (caudalfIn,cutoff). 灘鴬蟻蕊蝋;ji畷浮轍 リ , ヨ :簿 Photoll-6bResistancetestonHexiblemodel offrigatemackerel (caudalfin,cutoff). 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 蕊 i隅鰯 鰯 厩、蝉蝿軸識.. Photoll-7aResistancetestonrigidmodel offrigatemackerel(caudalfin, cutoff)〈twicetheslzeofthe model〉. Photoll−7bResistancetestonflexiblemodel offrigatemackerel(caudalfm,cut off)〈twicetllesizeofthemodel〉. 107 108 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) K I ( c f 1 R i 9 対 m o d e l d f r i g a 1 e m a c k e 応 1 . ( c a u d a l f i n b c u 1 o f f ) ; ・ Closedmouth&closedgilIcover Flexib1em◎del(sho幅hardness23) K i < c 上 ) 2 3 o f f r i g a t e m a C k e r e l ( c a u d a I f i n , c u t ◎ f ↑ ) ; ClOsedm◎ulh&closedgiIlcovef K i に 』 ) I 6 F l e x i b l e m o d e I ( S h C r e h a r d n e S S l 6 ) xIO3 瓜 、 ’ 一○①U仁、一⑩一い①﹄一m仁○一一U一﹄一一○一仁①一U一一一の○○ 釦旧旧偶尼旧8642 offrigatemackereI(caudalfinocutoff); Closedmouth&ciosed9ill cover Schoenherrfrictionline 0 2.510 O D I 、 C −−RnReynoldsnumber Fig・II-15aResistancetestresultsofstream-line-form model. ○一一一一OK屋(Cf.)RigidmodelOifri9atemackerel ( c a u d a I 1 i n , c u t o 1 1 ・ ) T w i c e t h e s i z e o I m ◎ d e l ; CIOsedmouth&cIosed9illc◎Ver o f f ) 二 四 r l ↑。①U仁、一仇一切の﹄一m仁◎一一U一﹄一一○一厘の一。一一一①○○ 母一一一一△K泡・苫・I《】 壱一一一一貢塾 J Z O S O 4 X J O U x K J −RnReynoIdsnumber Fig・II-15bResistancetestresultsofstream-1ine-form model. 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 o r 灸 燕 綴鶴 O r a l Fig.1V-1Respirationmethodoffish(horizontal sectionoforalcavityalongthebody・ a x i s ) . Snout =<参 =ご》 Gillcove『hole Fig.1V-2Comparisonbetweenthesizes ofsnoutandofgill−cover−hole. −500cm《35cm) 2.0−30cm(0.15-0.2cm) Fig.1V−3Slotofairplane (DC-8,B-727). 109 llO 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) ↑Qの。仁、一辺⑩①﹄AIIIll 一応に○一一U一﹄一一○一仁の一U一軍の○○ 誤聖、旧幅降に旧86420 ◎一一一.S−CRigidmodelofscOmbroid; Closedmouth&closedgillcover xlO−3 ひ−−−□S'一C−l3Flexib l emodel◎fscombroid(shorehardnessl3); DRIolE CIOsedmOuth&cIosedgilIcover modelofsCQmbroid; Openmouth&opengillcover emodeIofscombroid(shorehardness13); Openmouth&opengillcOV唇r 、 Schoenherr frictionline Q1051.01.5202.5×IO5 −RnReynoIdsnumber Fig・IV−4Effectofslotduetosnoutandgill−cover-hole ofscombroidmodelwithnofishoil. ◎−.Kl 弓、1 b x 3 O I 、、、 奉劉空、旧帽降哩旧86420 −m仁○一一○一﹄一一○一仁①℃一準の。。 ↑○の。仁の︾迎いの﹄AllIIl ひ一一一pKi−23 ー→K1−O Rigidmodeldfrigalemacke『El; Closedmouth&closedgillcOver FIexibIemodeloffrigatemackere1.<shOreha 『 d n e s s 2 3 ) ; CIosedmouth&cIosedgillcover RigidmodelOffrigatemacke『el; Openmouth&opengiIlcover 【】rlEXIDlE ode1offrigatemackerel(shorehardness23); Openmouth&opengillcover Schoenherrfrictionline Q51.0 茄司g誌5 一一RnReynoldsnumber Fig・IV−5Effectofslotduetosnoutandgill−cover-hole offrigatemackerelmodelwithnofishoil. 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 ! n M A g − f F 。 M │ 士 1 1 1 H 閲 u j l 斐 空 1 錦 需 ; i 榊 1 N I w I I l 調味 岨』』引」弓」弓埋RR」=U旨と −1 二 ℃ A D B 詩停 Cam F1一「 l SeciionB- B余, 鰯 W ; 息 ! ○一秤WLヤーC l o l l l 1 1 : 篭 皿9.V-1Twodimenslonalstream−1ine−form−modelsupplied withactiveskin. '鷺1謬虹噌 舎 d 』(汀凹 PhotoV-1aScaleplate. PhotoV−1bMechanismofcam andscaleplate. 112 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) L − F ー ? ⑬ 『 / 9 ⑨ ミ ' ③ 陣 ③ I ’ / r f / ↑ ⑮ ⑤ 、、、、 一 1s恒、 Z2SCm GOcm Ⅱ 一 ’ つつHEm 〃ソノノん 〃f〃ZノZ'イ〃f'fノZノ</《"”f/z〃ンf"§"1〃く/1′ ①TwodimensionaIstreamline ⑨SPrIn9 ②Beam oTriangle f o 「 m m o d e l w i t h a c t l v e s k i n O K n i i e e d 9 e o f h o r i z o n t a l l e v e r ③Pivotingpointolswingingframe⑫pen ④.Knifeedge ⑤Knifeedge. ⑥Horizontalrod ⑦Weight ③Counterweightoff「ame ⑬Recordingdrum ⑨Motor ⑮VerticalshaftofrevbIulion ⑥Sword Fig.V−2Experlmenta]apparatusofresistancetest. I刊 竿剛…饗輔 驚 議 辞驚遷一 率・曲墨興 、哉碑客…、⑭I且 Ⅸ、ざF唖ロ ,。‘篭繰忠騨避・' 蜜 』 品 口 唱 ロ PhotoV−2Apartofexperlmentalapparatusof resistancetestonactiveskin−model. 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 RevoIuWonshaft 弱 thread Fi9.V-3Flow-visualization(tuftsmethod). 智 c a m e r a Generator Obse Fi9.V-4Experimentalapparatus(hydrogen-bubble-method). 113 114 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) 、h邑昌②□lTTerenCEDE aOL一@−四 酬昼DlaKelコーj△IIXEE 乙Dha目gDeKWeen..-dUuKd ] K E ど j 印 回 ←一超一一NU・I,遇匠興l⑨DIaIE 2 2J 0 1 0 0 . n 属 0 0 . 7 0 、 0 1 『 一V、/secFlOWVelOCity Fig.V-5Effectofphase-differenceonresistance. 115 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 FlOwvelOcity VQI74mノS ReynoldsnumberRnl56xIO5 − 企 一 一 一 e u a s i h a r m o n に m o t i o n O f s c a l e p l a ( e 5 w i t h s a m e p h a s e b e l w e e n S ・ a n d R DtionO1Scaleplate5WOm”わPnaらtg巴 罪一一一<』 betweenS・andR aleDlaIeS・Ope『aIご巴 − 一 一 一 aIeDlates,fiXeg 0080.IOOIlOI20,14Ql5QI6VIVelOcityOf wsProgre5sivewave I O l 2 1 4 1 5 1 7 1 9 2 0 n o c 、 p m C y c I e p e r m i n 、 6 0 0 5 0 0 ' 4 2 9 4 0 0 3 5 3 3 , 1 6 3 C O T o P es r0i Od C・0 − 一 F i g ・ V 6 a E f f e c t o f a c t i v e s k i n ( a m p l i t u d e s o f s c a l e p l a t e s , F・→A・(gradualdecrease)). 116 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) FlowveIocityVQ307m/s ReynoIdsnumber・Rn275xlo5 −△−△−euasi-harmonicmotionoi・sca1eplateswith samephasebelweenS,、andR −C−−−−O−−e哩si-ha『monicmotionofscalepla1eswith 姥 p h a S e d i f l e r e n c e b e i w e e n S 、 a n d R les‘operaled』samephase aIes・operaled, △.。−一手●一一㎡弓 姥phasediffe『ence [脂一一弐主一一一【戸一一−[』 ー 一 一 − ー − 一 塊phasedi1fe「ence と 丑 △ 勇 廻 Samephase QI5QIeO20Q22025027Q30VoVeIOCit yofprOgreSSiVeWaVe m/s I92225283134.37,‘CycIbpermin・ qRm・ al62732402.141.941761.62ToPeriod − − SeC Fig,V-6bEffectofaciveskin(amplltudesofscale plates,F・→A・(gradualdecrease)). 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 FlOwveIoCityV ReynoIdsnumberRn − 公 一 ← =ひ一一ひ 0428mゐec 363xIO5 euasi-harmonIcmotionof5caIeplateSwithsamephasebetweenS・andR e u a s i h a r m o n i c m o i i o n o I s c a l e p l a 1 e s w i 1 h 姥 p h a s e d i i f e r e n c e b e l w e e n S 、 a n d P . Scaleplates,operaled,samepha5e △ 苧 50 1 1 //p…瞬量篭偽。 1 1 1 1 ll羊11111 lI1l11L 二﹄三・・厘⋮農I 45 弓 三両。S‘iixod・畠・mephaSo 一一一一一一一一ノーーーーー ノ S c a l e p l a t e s j I i x e d 0 / p 、 、 、 / 姥 P h a S e d i f f e 「 e n C e /、、、。 ノ ノ ノ ' 〆 . 一 〆 〆 −−−0= 40 02 Q観 Q27 03 O‘34 26 30 34 39 43 2 . 3 20 Q38 Q4ZV,Velocityof m/SprOgreSSiVeWaVe 47 52n0 128 1.l5TO Gpkm, 76 54 40 SeC − Cyclepermin・ PeriOd ÷ FigV-6cEffectofactiveskin(amplitudesofscaleplates, F・→A・(gradualdecrease)). 117 118 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) FlOWvelOcilyVO577m/O ReynOldSnumber筒、517浜10。 ‐△一一も一euasi-ha「monicmotIOno1scalepla1eswithsamePhasebetweenS・andP. 0 C ・ ‐ e u a s i h a r m o n l c m ・ I i o n o 1 s c a l e p ( a 1 e s w i l h 姥 p h a s e d i 1 f e r e n c e b e l w e e nS、andR △ ︵﹄、︶一匹のU匡m−⑩一⑩のa 08 5 9 ScalepIates‘operated‘昌 amePhase 於 Scaleplales‘fixed,Samephase 一一一J、 ScalePIates,fixed,姥phase:differenCe q 、 、 、 ScaIeplales,opeIated,姥phasedilferenCe 、 、 、 / / / / 、 、 、 80 111、 ひ−−−C、 公-----q 、 、 c / / o28o33o37Q42ooアOSIlos6v’ m / s V e l o c i t y o f p r o g r e s s i v e w a v e l l 3 5 4 1 4 6 5 2 5 8 6 4 1 7 0 n 1 b C p m ・ C y C l e P e r m i n , 1.711.461.301.15103094086T’ s⑧cPeriOd − − Fig,V-6dEffectofactiveskin(amplitudesofscaleplates, F、→A・(gradualdecrease)). 119 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 140 − せ 』 >一一百C 1 3 5 一 0 3 ︵﹂、︶︾匡のU仁、一⑩一切の唾 公 ← 一 l e d O erenCe Q、 / Q、 / 幻 、、 f C L、 1 2 5 一 つ ひ も、 ○3s041047053OS9064071V.Y饗型飢 fw5prog『essive WaVe 4 4 5 1 5 8 6 6 7 3 B O 1 1 9 C、pmCyclepermin 1.361.181.030‘910.820.75068T,period −−−−−一−一一一一一一一一一一一一一一一一一一一鎚回 一 Fi9.V、-6eEffectofactiveskin(amplitudesofscaleplates, F・→A・(gradualdecrease)). 120 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) FlowvelociIyVQ84Im/Sec ReynoldsnumberRn753xIo5 −−と−←eua5i-harmonicmoticnoI・scaleplateswith [】−−−0 ︵﹄、︶一匡の。匡里⑩而の座 I ﹄、︶一匡のU仁、一m一切⑩匡 aIeplaI巴三一ODer室T⑨国 04Q47053Q620680.740.8IvIVelocilyof m / s P r o g r e S S i V e w a V e SOS9e77784921.1ふCycIepe『min、 1.21.020.900.780.710.65o59Tope『iOd SeC − 一 Fig,V-6fEffectofactiveskin(amplitudesofscaleplates, F・→A・(gradualdecrease)). 121 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 FlowvelocityVO、932m/s ReynoldsnumberRn834x105 一迫−公一eua5i-harmonicmotionofscaleplaIeswith SamephaSebetweenS.、andR −−O−−−−O−e唾si-ha『monicmotionofscaIeplaleswith 姥 p h a s e d i f f e r e n c e b e l w e e n S 、 a n d R 280 ︵﹄、︶一匡の○仁、−,両の産 270 hase 260F renCe ル ー ご 薯 二 芸 J 三 h 三 1 e Velo仁ilyof 045 O、52059Q680740BIO89Voprogressive m心wave 56 65748493102lI2cHmCyclepermin・ も ウ 1 . 0 7 。920810"!OSS○s9oS4銑PeriOd - Fig・V−6g Effectofactiveskin(amplitudesofscaleplates, F・→A、(gradualdecrease)). 122 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) FlowveIocityVIo77m/sec ReynOIdSnumberRnS64エ105 弓と−−公r-euasi-harmonicmotionofscaIepla1eswithsamephaSebelweenS‘andR O−−−U ︵﹄、︶︾匡のUcm茄而の産 ﹂、︶一匡①U仁、↑迎いのa △ = 0 I J一一一一≠一C 【】'一( 0.520.6IQ690了70860.96V・VeIOcity.。f m/sprogre5s8vewav管 6 5 7 6 8 6 9 7 1 0 8 l i 9 n o GpmCycIepermin.. 0.92Q79070.0.620.560.50To − 一 s e c P e r i O d Fig・V-6hEffectofactiveskin(amplitudesofscaleplates, F・→A・(gradualdecrease)). 123 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 350 300 250 ﹄、︶一産のU匡応茄而の唾 鰯聴if熊/: / ‘ 200卜 150 IOO ’ 50 一 一 二 二 , 言 ぞ ー ー ナ OO・lOQ20030040Q500.600700.800.901001.101.20 −FIowvelocityvm/sec Fig,V-7Effectofactiveskin(amplitudesofscaleplates, F・→A・(gradualdecrease)). ︵﹄ロ︶一匡のU匡里望帆①匡 qlPDlaTeS今TIX麿ローハグ汐npn邑雪管四 巳 ー O 一 ー − 0 一 I 。 Ce D E V O 7 V O ・ B V U 圏 O・O50.070.090.110130140.16OIBVo velocityof m / s e c p r o g r e s s i v e WaVe 691’14’6182・23.%・mCyclepe『min、 − − − Fig・V-6'aEffectofactiveskin(amplitudesofscaleplates. F・→A・(gradualincrease)). 124 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) FIOwveIocityVO、307m/s Reynoldsnumber胃n263xIO5 2 釦 2 、 ︵﹄、︶一厘のU匡、一⑩一mのαトー111 ScaIepIates‘fixed‘嘘phasedifference LJ V ScalepIates‘ope画!ed・蝿phasedilfe『ence 150 Q3V QO9 Q4V O5V o6V 0.7V O8V Q9V l‘OV Q l 2 OI5 Ol8 021 Q25 O28 O 、 3 1 23 26 3 1 35 39 VoVelOCilyOf m/sprogreSSivewave I 1 15 I 9 nO Cp.m. Cyclepermin. Fig.V-6'bEffectofactiveskin(amplitudesofscaleplates, F,→A・(gradualincrease)). 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 VO430nl/s Rn3.94xIO5 ︵﹄、︶一匡①○仁四m覇①匡 m【ぜplaIe昌一ODe『画T②届 ’ ユーーや L n H V ⑪ 層 o‘13QI7Q22Q26030Q調Q39Q43voVeIocityof m/secprogressivewave I621283338434954、。 qp.m.CyclePerm『n. 一 Fi9.V-6'cEffectofactiveskin(amplitudesofscaleplates F、→A・(gradualincrease)). 125 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) 126 577m/s OOxlO5 ︵﹄、︶一匡の。匡旬茄而の座 【X ’ 山 口 U L g V U − C 。」ア・蕊。2,.3,.4。。4‘・粟。s・紙"悶蝋ewavo 21293.644so586573noCyclepermin・ CLpm. − Fi9.V-6'dEffectofactiveskin(aInplitudesofscaleplates、 F・→A・(gradualincrease)). 0 9 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 127 ﹃︼ ﹄、︶︸匡のU仁、一望帆のa ○gEclItPPIaWESaJlXeQ e 、声一弐 郡gPIa【e5.OPe庵lted、ハ盃Dha昌邑6 J‘己V0−回 o、220.300.37045052059Q67074v0Velocityof m庵ecprog『eSsivewaVe 2e3。。‘‐且皇苧γ‘。。,3品mCycIepe『min、 一 一 Fi9.V-6′eEffectofactiveskin(amplitudesofscaleplates, F・→A・(gradualincrease))ず 128 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) 841m/§ 63xIO5 I ︵﹄、︶一匹①。仁里⑪一切⑩匡 Iference ’ O ョIeDlate昌一。、白胞に匠 』侭 phasediflerence 】・BV【1口 0250340.42Q500590670.76oB4VoVeloci1yof n し き e c p r o g r e s s i v e w a v e 31435363748495105niCycIepermin・ Gpm。 − Fi9.V-6'fEflectofactiveskin(amplitudesofscaleplates, F・→A・(gradualincrease)). 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 2 ﹄、︶一塵のU匡、↑⑩一い①a 0 25 2 ’ 2 1 0 . O3VO4VO5VO6VO7VO8VO9VI・OV o270360450.540630730820.9IvoVe1ocilyof mだ③cpro9ressivewave 344556687991103114noCyclepermin・ Cpm. 一 Fi9.V-6ノgEffectofactiveskin(amplitudesofscaleplates, F・→A・(gradualincrease)). Flowveloci1yVQ958m/s 25QO Reynoldsnumber員、a31xlO5 Scaleplales,Iixed,姥phasedilference ︵﹄、︶一匡①U仁、一⑩雨の産 I刃 2450 〔〕 Scaleplates,operated 7 > , f p h a S e d i f f e「enCe 】 L 24QO I 23501. Q3VO4VQ5VO6VO7VQ8VQ9VlpV Q290,380.480.580.67Q77086096V,VelOcityOf m/S0cPrOg『eSSivewave 364860738496108120nCCyClepermin. c、pLm. 一 Fig.V-6/hEffectofactiveskin(amplitudesofscaleplates, F・→A・(gradualincrease)). 129 130 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) FIowveIocityVQ999m/s ReynoIdsnumberRna69xlo5 J 卜 C ︵﹄画︶一塵の。仁、茄而の産 ’ J , b V U G r V ○ B V Q E 030“00500600.70080Q90IOV1m/50cVeloc;tyof ProgressivewaVe 3850637588100113I25n1c、pm・CycIepermin、 一 一 Fi9.V-6'iEffectofactiveskin(an1plitudesofscaleplates, F・→A・(gradualincrease)). 131 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 Valueofresistanceofactiveskinmodel ● (Scale ep pl la a t e s , o p e r a t e d 、 s a m e p h a s e) t e s ‘ o p e r a t e d ‘ s a m e P h a s I OO8VlOVl2V Curveofresistance (ScalepIates,fixed,samephase;−:o△□x (Sca1eplates,operated・ amplitudesofscaleplatesE→A・gradualdecrease) 姥phasedifference) (ScaIeplates,fixed〃2phasedifference》−−−−−.●▲■米 ampIitudesofscalepIatesE→A、gradualdecrease) OO6VQ8VlOV : 。 ▽ △ ロ (Scaleplates,operatedMphasedifference; amplitudesofscaleplatesR-らA・gradualincrease) Velocityofprogressive waveV' 350 苫 臼 Lー」 O O 2 2的 5 300 xロ△ 5 ︵﹄、︶一厘の。c応↑恥一mのa 澱 ④ 量 / 影 〃 = 1 m 衆 U 淵周り 50 _=二週二二一 00.lOQ20Q30Q40Q50Q60070o800.90ICO1.101.20 −−−V、/s FIowveIocity Fig・V−7ノEffectofactiveskin. 132 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) RedLlctionratioo1resistanceolactiveskinmodel(scaleplates,ope「ated) Velocityol ResisIanceprogressivewaveVl 一 R o : ( s c a l e p I a t e s , f i x e d ) R↑:Resistance〈O6VQ8VlOV)AmpliIudesofscaIeplates (scaIeplates,operated)△□x:R→A・gradualincrease 言こし |■ 30卜 △ × 2 COOO 一alC煙l小lllll ①UEm−m−m①﹂一○○雲可﹄匡○室Uコロの匡 。。「瓦△。…師。.戦捌::。… △ 米 : 回 ▲ 1;米。 ,:,※,,,s噂蝿 且 QlOQ20米0.40Q50060070隈0.8げ畳1.OO x ▲ 一V、人Flowvelocity Fig.V-8/Effectofactiveskinwithス/2phase-difference betweenS,andP. ロ ■ 一 一 二 二 一 三 三 : ; 2 1 1 ' ' FIow −−=一一 、 ミ 、 § 、 ミ 、 ミ 、 、 § 、 ミ 、 8 , ミ 、 § 、 、 、 § 、 § 、 ミ 、 ミ 、 、 、 § 、 ミ 、 ミ 、 ミ 、 ミ 、 、 、 ミ ミ 、 ミ 、 、 、 ( □ 、、、、、、、、、、 。、、、、、。、、、、、、 (b) ■■ :⋮い︾ 門露擢明j織蝉棒蕊詫毒零 600cm 牙 画 鰹 ㎡ 現 謙 譲 ! 函 'f塞灘鍵;:ホ““ 識 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 (c) Fig・V-8F1ow-visualization(tufts method)oftheflowrunning overthesurfaceofscale p l a t e s . 、鍵溌蕊蕊鍵雲零璽謹蕊鍵豊 PhotoV−3Flowrunnlngoverthe surfaceofscaleplates. 133 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 .E ?一?、lP1』521025‐罪c、 、 綴 . 。 U ・ わ : & 鋤 4 噸 ; 、ル ヤロ 諦坐 蝿耐AW 藤 PhotoV-4aFlowrunningbehindtheactiveskin-model(scaleplates,fixed).ASA200, 1/15;'0.179m/sec,R’’1.5×10s;13.0amp,E15volt PhotoV-4bFIowrunningbehindtheactiveskin-model(scaleplates,operated).ASA200, 1/8;'0.179m/sec,R〃1.5×105;13.0ampE15volt(〃'=0.9〃=0.:16m/sec) 134 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) V Z 諺 蕊 Vortexstreet (a)Separated1IowpatternwithvorleXstreet Vortexst「eet:CD二1.54 V ⑪ (b)Cylindersasp「esentedbyPrandtl(1936) CD=0,tobeexpected Fig.V−9Flow-patternpastro↑atingcircular cylinders(fromS.F・Hoernerl965, Fluid-dynamicdrag). AmpIitudesOfscaleplates,F;→A‘gradualdecrease 1 . 0 巳 / 、 q 5 0 −−NC.p・sCyc1epersec・ofprogressivewave Fig、V-10Effectofactiveskinwithス/2phase-difference betweenS・andP.. 135 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 AmpIitudesOf5calePlates,R-しA・graduaIincreaSe 、J FL 0 5 −NC・PS・Cyclepersec・ofprogressivewave Fig・V-10ノEffectofactiveskinwithス/2phase-difference betweenS・andP.. 136 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) Ge b e r − t y p e d G e b e r t y p e d Resistancedynamometer 一 CyIinder 一 一 に 三 三 E r 丁却4 l-------L-1 一│÷L < 弓圧 LH 牌、山 (a)Experimentalapparatus Unit:m、 (b)TeStp;ece◎freSistance <一言K6 Fig・VI−1ResistancetestofcylinderwithHutteringfin a↑tatchedbehinditinwater. 137 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 掌 高 等 ’ 冒 イ s e w a i i o n l w i n d o w l Ob 塗 毒 ’ , , l r , ‐ 尼 一戦判 手 ’ 6 q 5 ト ゙ 」 │辱峠筆’ Fi9.V1-2Experlmentalapparatus(hydrogen-bubble‐ method〕. 輯 言 . 子哩髄 画垂・皇唯一'呼懸 ,.“、,鷲蝿簿′黙'可、識.篭 』鍛金=L・晶荊写 “蕊:鱗鼠 :2ラー鍵鐸i鍵織蝿. 識 織 吸一: … . __ =荷 鍵識 鱗 PhotoVI-1Experlmentalapparatus(hydrogen-bubblemethod)‘ 138 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) 塗 Fig・VI-3SmallwindPtunnel(smoke-tunnel). 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 TableVI−1Reduction-rateofresistance (Ro−R‘)/R・%・ Ro:Resistanceofcylinder Rr:Resistanceofcylinder withflutteringfin A↑二006mm,t:Thicknesso↑vinylllutteringfin 6 6 4 , ) ′3 Q 0 . 1 7 3 m / 5 Q314り 9 Q 5 4 6 m / § 0 7 2 7 m / 5 4 3 3 n ) 白 0 3. [. 区Z 区 10.9 92 4.9 103 90 4.8 54 160 −02 8 . 5 87 4.2 3.3 21.0 15.8 19.7 1 5 . 1 79 10.2 134 103 15.4 10.2 11.8 16.0 3.4 90 86 6.3 2.2 |I 160 21,2 185 19.5 10.2 3.3 L』 23.5 4.3 I7I5 18.9 98 16.0 11.5 197 193 □[ 198 152 5. |< 7. 区 B 一一 3. 5. 7. 9.3 193 202 24 1.4 102 80 ↑=1.00mm 7.7 60 118 26 −16 皿 I区 [ 二 コ 160 20 IIB 103 14.0 42 16.0 10,3 10.9 10.0 4.4 3 . 1 1 6 ‘ 0 2.3 8 . 1 7.4 1.5 1 . 7 「て -6.7 5.7 14.0 9‘9 4.0 L≦ 16.0 -8.3 24.1 7.6 3.3 20 [. □ 区 13.4 1.4 13.4 8.3 8.2 85 1 . 3 −2.9 11.8 1 . 7 59 65 1 . 4 -0.3 12.6 5.7 7.5 87 2.9 2.7 C↑ごO、50mm 7. 160 5.7 5.1 5.9 -16 I 両 て 134 5.7 7.9 5.8 −0.8 し 2 塁 160 89 103 8.7 2 . 2 −16 06 −1.0 d:Diametero↑cylinderI:Len9thofflutteringfin 139 140 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) fin そeSIsfanEeOTcVIlndE i i n イeSI言TanEeOTeVlmd白 。「。V』《<くい、>f△く一・ 二r園、秘拠 〃 ④ う み ︹︺ 麺I、○ 誤︶◎に\室に 鋤LJ ○匡 0 0−−..−−C e △一・一一Z』 ー ー 一 」 Z参一一一一-〃 JL』公-----塾 z一一一Z I,言I3d X − − X L=I5d Fig・VI−4a Curveof(Ro−R,)/R・∼R". 141 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 Ro:Resis1anceofcylinder Rt:Resistanceofcylinder wi1hllu1te「ingfin 9.Ub…・・・ 30 i : T h i c k n e 柵 e 細 m L : L e n g t h o f v i n y l f I u t t e r i n g f i n d:Diameterofcylinder J−I↑=0.06mm△ o−−oRectanola 20 e︵訳︸・唾、つ唾I・止 oO ⑯ ワ0 型Ⅱヨ E 】 笛 ①弓 JU・'…。o−−oRPdandl且 9-1t=QO6mmp−□Rp症Ianol畠 .、一色・言I] r可 ⑦ 聖 P 一 三 i i L」 誤︶。に、つaIoa ︻︼ q OxlO凸 Fig、VI-4b1Curveof(Ro-Rt)/尺。∼R,,showingV-cutfin effectonresistance-reduction. 。 142 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) ︻︼ 30 AHE亡Ranol昌 Ⅸ〕m、ローーロHeCIanOl目 2 ︲①︵韻一・α、︵︾α︲。α︶ 000 且一●ーfⅡ ‘ f U m1 コ ー ー コ R 二 壱 一 弐 1−A す . 江 3 0 』 . 。 0 0 0 0 0 , 口−pRectanolarfc ︲⑦︵誤︶。α、つ匡︲◎巴 mOO Iーe言H1 酢一心一=割 Ⅱ] Fig・VI-4b2Curveof(Ro−Ri)/R・∼R”showingV-cutfin effectonresistance-reduction. 143 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 Ro:Resis1anceo1cyIinder RtfResis1anceofcylinder l:Thicknessofvinylllutteringfin し?Uengtho1vinyI1lutteringfin wi1hfIutteringfin 30 000 ¥PEfanOlarlO 2 。 ①︵訳︶。匡、︵一区︲。α︶ 。IC Cが 1 0 4 30 30 つ﹄ ①︵訳︶。αへ︵︾α︲。α︶ 000 20 1 0 O4 n︶ 30 1 0 4 30 狼I望月、ヤー【、【X■ 2 ①︵ま︶。αへ︵︺aloに 00 20 ] 1 0 職P 0 0 1 0 4 0 4 狸 1ノ l ノ ユ Fig・VI-4c,Curve of(Ro−R1)/R・∼R”showingfin-thickess effecton resistance-reduction. 144 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) 30 コーーイコ1言7Hf=OORmmoU JldUUUU叩1口一・一口1−=7㎡↑=O5C ①︵蚤・匡、つalf 麺O 酷 】 『 」一一一一号一一一・℃ J一一・一回一・一七 3 0 bトー.君4xけ 30 〃一ロI_碁r団T言0−0侶 r−−−mL=′制T=L【】【】 0 2 0.F ①︵誤︸◎匡、︵一匡︲虚 ルー司T 許弧 0 l p l ' 0 4 Fig、VI-4c2Curveof(Ro−R‘)/R・∼R”showingfin-thickness effectonresistance-reduction. 1 0 4 145 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 】 E 二○UCVlUnロヒ mDIEVLl『 1回色 ① 訳呑匡へつα1.唾 【 】 田日 e ji EI2ulE 0−−−.‐弓」 E 一 ・ 一 ー…V Fig、VI−4dCurveof(Ro−Rr)/R・∼Rか ]46 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) 0 PhotoVI-2Flowrunningbehindthecylinder・ASA200,1/8;'0.173m/sec,R狐8.0× 103;13.3amp・E20Volt 》 i ; ; 蕊 ,a 趨蛤軍医竺一や廿垂唾一巳 PhotoVI-3FlowrunningbehindthecylinderwithvinylHutteringiin(rectangularform) r0.06mm,Z7d;ASA200,1/8;'0.173m/sec・瓦,8.0×103;13.3amp,E20volt 147 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する堆礎的研究 マ春, h '1sf鬼1 Rf 鍔o:輔哨 l可 際 §が.喝 PhotoVI-4aFlowrunningbehindthecylinderwithvinylHutteringiin(rectangularform,1/4v‐ cut).r0.06mm,Z7d;ASA200,1/8;'0.173m/sec,R,』8.0×103;I33amp,E20volt PhotoVI-4bFlowrunningbehindthecylinderwithvinylHutteringiin(rectangularform,1/2V‐ cut).r0.06mm,I7d;ASA200,1/8;γ0.173m/sec,瓦&0×103;Ia3amp,E20volt 148 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) − Rn:104∼105 V Coo言059('03 │ 沙 CooごO89 翁ソ 倭睦 ③ 号紗 鰯 $……州Ⅷ ③ CD。=062 (103) (119) xThevaluesinbracketSare1hedrag coe1ficientswithoutwakeinterference Fig,VI−5InHuenceof‘‘splitter,,-platesonthedrag-coefIicient ofthevortex-street-producingshapes(fromS.F・ Hoerner,1965). 1.00 。 蕊 一一一一 0 2 3 Rn− Fig・VI−6CurveofCα∼R". OddddM麺麺 3 5 7 9 1 宕芭 屋1 呂1 霊 L L言 L弓 LL邑L L し t塁0.06mm ↓一珍珍冠X 050 ↑↑↑ 義 三 ≧ 三 三 琴 C d xIOe 149 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 TableVI-1′Relationbetween(Ro−R,)/RoandR,,. (Ro−R‘)/R・=a+bR〃 a:Segmenton(Ro−R()/R0−ax b:InclinafionofStraightlinetoR"一ax l)Rectanglarvinylfinα=0.06mm〕 ddddddd 35791 13 15 1 ノ b a 24.25 −0.56×10-3 24.92 -0.47×10-3 25.38 -0.50×10−3 36.49 −1.16×10−3 29.86 −1.03×10−3 22.28 −0.85×10-3 31.37 -1.37×10−3 ) 2 3. 5. 7. 蒜 卜e淵'錘│,/4V_cut1,/2v-cui: R e 淵 1 a r l l / 州 u t l l / 2 V c u t l R e 淵 l a r l l / 4 Vc u t l l / A、r=0.06mm a124.25123.89113.00124.92116.24114.96125.38123.40118.96 bl−0霊0-,'一呉捌-呉採,'-0受10-,│一笑淵0翼0-‘'-0舟側捌-緋。 B、r=1.00mm all6.66114.73119.08115.421−0.19113.59118.23111.88113.61 bl−0麹0−.│ 妥制 呉糾−0鐙0-.'0男0-,│一笑線'−0麹0-,'一呉淵一笑熊 C、r=0.50mm 18.32116.02120.24 b −0.63 ×10−3 −0.49 ×10−3 −0.60 ×10-3 150 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) TransparentandtemperedgIass 藍 (C「osssection) リ J L C り ] HDF』 8 Circulatingwaterchannel(Plan) Fig・VI−7Apparatusforobservingthe swimmingfish. 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 < 診 ィ N C 『 m a l 1 i s h w i I h d o 『 畠 a l i i n a n d c a u d a l i m 唾⋮差嵯廻。 晩.耐い、﹂旬U一○①。、一こ①U﹄山ユ 望。一一語り苛藍珂丘①芸いい。一四コ、望。 Lグ 151 556065・70 一 FIowvelocity(cm/sec) (O)TendencyO1increasingraleo1no、 ollishessweptawaybyHow o 0 N o 『 m a l f i s h w i 1 h d 。 『 s a l IinandCaudalfin ■ 亡O二u①造ロ芝一○一﹂ Flowvelocity60cm/5ec 傘FishsweptawaybyflOw・ (b)Aspectofswimmingmotionoffishes aImax・flowvelocity60cm/sec 152 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) 丁郵4 r-so嗣一司<>剣 i O 1 i NormaIfishwithdo「sal↑inandcaudaIfin Flowvelocity60cm/sec 1 ; 1 《 ' 一 s ・ 緬 司 ,i 、 I !11 EIaPSedtime:3sec Every4Wames (C)Locusofswimmingmotionoffish Elapsedtime:2min、30sec・ Every2401rames ! I I (C')Locusofswimming motionofiish Fig・VI-8-①Swimmingmotionofnormalfisheswithdorsal iinandcaudalfin, 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 ’ m昌四コ可、.一切、、﹄gち⑳、里C8﹄mQ 三○一↑尭○云可髪珂一。①童、恥llIIl 聯《Fish withoutdorsalfin ; 5560 6570・ 一 FlowveIocity に、/Sec) fincreasingrateofno,oliishessweptawaybyflow (。)Tendency o ○qFishwithoutdorsaliin に○二U①陸ロ﹄参○一﹂ 1 i w " Flowvelocity60cm/sec "Fishsweptawaybyflow (b)Aspectofswimmin9motionoffishesatmax、flow veIocity60 Cm/SeC 153 154 鹿児島大学水産学部紀要 トーscm1計 第25巻第2号(1976) ○q Fishwithoutdorsalfin 鯛@W, FIowvelocity 6 0 c m / b e c O ト ー s c i n 計 5cm # 1 − EIapsedtime:3sec Every4frames (C〉Locusofswimmingmotionoffish :I Elapsedtime:2min、30sec・ Every240frameS (C')Locusolswimming motionOffish リ ノ Fig・VI-8-②Swimmingmotionoffisheswithnodorsalfin. 155 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 皿l詞l銅l拘印釦や釦釦、 帆.一句﹄.、⑪コー⑲、m﹂⑰U↑O山、、︾CのU﹄①a 芝一○二︻○語、芝耐一。①へ多い...粥lIllll 鋤Fishwlthouioaudaliin 一 一 FIowvelocitycm/sec cyofincreasingrateof (。)Tenden no・of1ishesswePtaWayby↑low 心9 < 三 〉 Fishwithoutcaudai1in −.冨 1110亡◎窪u①﹄一画建穿o−L Flowveloci1y60cm/SBC “Fishsweptawaybyflow (b)Aspectofswimmingmotionoffishesat max、fIowvelociIy60cm/sec 156 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) ○ ベー ダ﹄ ト ー s ‘ 緬 一 可 FiShwi1houtcaudalfin FIowveIocity 6 o c m / b e c ト5‘、−1 丁却坐 《》 、 萱 EIapsedtime:3sec Every4frames (C)Locusofswimmingmotionoffish 0cm I Elapsedtime:2min、30sec・ Every240frames ( C ' ) L o c u s o f s w i m m i n g m o t i o n o f i i s h ’ 「 し Fig・VI-8-③Swimmingmotionoffisheswithnocaudalfin. 157 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 m2田ヨ勺晩.翻緬”﹄側︾↑◎の、里匡①u監匡 ”望。一一剤量:一§ぬ%︲lll FishwithoutdorsaI1inar対caudaIfin 505560 65. 一 FIowvelocibノ cm/SOC (o)Tendencyofincr客a5ingrafeo↑ndoffishessweptawayby↑low ○Fi9hwithoutdorsalfin a咽Caudalfin. 仁。まu④砦ロ芝−0一匹 Flowvelocity60cm/sec “Fi5hsweptawaybyflow (b)A5pectofswimmingmotiOnoffishGsat max・fIowveIoc;ty60cm/sec 158 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) '−−5cm一寸 <> ○ 、 Flowvelocity 60cm/SBC 岸5cm一寸 T跡1 》《 FishwithoutdorsaIfinandcauda EIapsedtime:3sec Every4f値mes (C)Locusofswimmingmotionoffish 、 ElaPsedtime:2min、30sec・ Every240frames ( C ' > L o c u s o f s w i m m i n g m o t i p n o f f i s h ‐1。 Fig・VI-8-④Swimmingmotionoffisheswithnodorsalfin andcaudalfin. 財 159 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 m.﹄m﹄.⑯、コー⑩、m﹄句U 夢◎二〆。云句電雨一。①芝一m 弓(】 一.砂馴引馴副匹 q〔] . Q一石言一更戸 冨冨一一7℃ FlOwvelOcity(cm/sec) Fig・VI−9Relationbetweenswimmingmotion offishesandfin-effects. Streamline Ou1Si …ヒニL−l I Fig,VII-1Progressivewaveuponepidermis(dolphin,fish). lesmotion (q)Motionoflish-scales cOveredwilhepidermis (b)AspectOfunderlapping1ish-scaleS Fig・VII-2Generationofthrustbyfish-scalemotion. !! COnVeXb◎dySur↑&Ce HeadS回e EpidermiSside Side JermlSSlQE 、 茎 二 三 二 ≦ 墓 Fig・VII-3Thefeaturesoffish−scalesontheconcaveand theconvexbody−surfaces. 1 6 0 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976〕 PhotoVII−1ArcticwhitewhELlCsandB.C、Telpool (Vancouvo1・aquarium). 凸出 y崇電= 掴2∼..‐ ー& 凸占呈呈J戸 昭 j * 履鉾曽睡毒、■蝉 侭A郷出 ,-.F寧癖瀦鋤‘ 晒門争 〆 諏瀞︾ 戚霧;癖塚ガ PhotoVII-2Swimmingmotionofarcticwhitewhale. 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 Appendix-Figuresand-Tables 161 162 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) A p p ・ T a b l e l l 1 D i s t r i b u t i o n o f H o w s p e e d a t p o i n t ( x , y ) inverticalcrosssection‐ V,SMotor ( r ・ p . m . ) ≧ 毒 I 〔 ミ 1 1 1 0.90 ( m / s ) 0.60 (m/s) 0.30 ( m / s ) 01+0.301+0.60 (m/s)|(m/s)’ 0.17 0.17 0.17 0.17 0.18 0.18 0.18 0.17 0.050 0.175 0.300 0.425 0.550 0.24 0.26 0.28 0.28 0.28 0.27 0.29 0.29 0.29 0.26 0.27 300 0.050 0.175 0.300 0.425 0.550 0.36 0.43 0.41 0.43 0.41 0.39 0.44 0.45 0.45 0.44 0.43 0.44 0.45 0.45 0.44 400 0.050 0.175 0.300 0.425 0.550 0.55 0.56 0.55 0.48 0.51 0.57 0.57 0.57 0.54 0.52 0.58 0.57 0.58 0.57 0.58 0.57 0.58 0.58 0.55 500 0.050 0.175 0.300 0.425 0.550 0.57 0.71 0.71 0.66 0.63 33335 77776 ●0 ●0 ● 0● 0●0 33332 77777 ●0 ●0 ● 0● 0●0 33320 77777 ●0 ●0 ● 0● 0●0 600 0.050 0.175 0.300 0.425 0.550 0.71 0.86 0.80 0.83 0.78 38778 88887 ●0 ●0 ● 0● 0●0 87888 78888 ●0 ●0 ● 0● 0●0 78888 88887 ●0 ●0 ● 0● 0●0 700 0.050 0.175 0.300 0.425 0.550 0.76 0.97 0.92 0 . 9 2 0.88 0 . 9 1 0 . 9 8 0.98 0.97 0 . 8 1 0.93 0.98 0.97 0.97 0 . 9 1 77776 89999 ●0 ●0 ● 0● 0●0 68779 99997 ●0 ●0 ● 0● 0●0 0 . 9 1 1.08 1.10 1.13 800 0.050 0.175 0.300 0.425 0.550 1.05 1.05 1.11 1.11 1.00 0.97 1.10 1.11 1.11 1.11 0.80 100 200 0.19 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.29 0.29 0 . 2 9 0.29 0.28 0.29 0.29 0.30 0.31 0.29 0.29 0.29 0.30 0 . 2 9 0.28 0.29 0.29 0.29 0.29 0.26 0.28 0.28 0.28 0.29 57771 89999 ●0 ●0 ● 0● 0●0 1.05 1.11 1.11 1.11 1.11 45882 78888 ●0 ●0 ● 0● 0●0 0.93 0.98 0.97 0.96 0 . 9 1 0.57 0.56 0.56 0.51 0.51 22210 67777 ●0 ●0 ● 0● 0●0 1.11 1.11 1.10 0.80 68835 78888 ■0 ●0 ● 0● 0●0 1.06 33328 77776 ●0 ●0 ● 0● 0●0 1.10 1.11 1.11 1.11 1.11 0.57 0.57 0.57 0.55 0.57 0.16 0.17 0.18 0.18 03335 44444 ●0 ●0 ● 0● 0●0 0.57 24555 44444 ●0 ●0 ● 0● 0●0 Y:Waterdepthinm. (m/s) 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 77888 55555 ●0 ●0 ● 0● 0●0 68878 78887 ●0 ●0 ● 0● 0●0 X:Distancefromcentrelineinm ( m / s ) 0.18 0.18 0.18 0.18 0.17 44553 44444 ●0 ●0 ● 0● 0●0 0.16 34567 44444 ●0 ●0 ● 0● 0●0 0.14 03338 67775 ●0 ●0 ● 0□ 0●0 0.050 0.175 0.300 0.425 0.550 0 +0 9 0.90 1.05 1.06 1.08 1.03 163 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 FIame Set-screw I │ ; r 254mm l n d j g 旦 上 j o n n e e d I e ヨ ー 星E血g O I O − ー 『。画1−可 Q79の -Adjustingpiece forspringconst. FJressur’ surfa Fig.(app.)−11nner-construction-profileofJIS hardness-tester. 164 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) Table(app.)−1ComparisonoftheShore-hardnessbetweenthelive scombroidandthedeadone. Measurement B o d y ④ I e n g t h F 信 丙 7 活 2 迦 1 C、 Measure『T漣nl @ @ 24 1 3 1 0 1 3 20 2 12.0 12.0 8.0 12.0 3 18.0 18.0 24.0 23.0 ③ ④ p O i n t Fishno 40 1 9 2 30 15 9 3 35 13 14 14 19 4 40 ⑥ @ 。 10.5 14.0 3.0 8.0 20 14 12 15 19.0 IBO 21.0 22.0 5 1 1 22 14 19 5 11.0 14.0 13.0 32.0 6 19 5 12 21 6 15.0 21.0 16.0 35.0 13.0 17.3 7 20.0 25.0 18.0 34.0 14.7 16.0 15.8 24.6 16.2 Mean ・13.0 、4 (Thelivescombroid) Mean (Thedeadscombroid) Measurementpointfor shorehardness ■ 繍燕丙忌駕雪室、‘ ④ 、 ( ③ 、 Thelivescomb 16.2 1 3 . 0 130 173 Thedeadscomb「oid 14.7 160 158 24.6 鍛詮塗電 Table(app.)−2Changeofhardnessoftestpieces. Siliconeoil 0% CataIyzer Dateofmakin 9 Dateof 4i、12.22 41.12.薮 meaSurement 42.1.22 Siliconeoil CataIyzer 5% 5% 5% CE6110% 41.12.18 41.1220 41.12.15 478 464 42.4 276 382 40.4 38.0 478 47.2 42.4 2 9 . 1 39.2 40.9 40.0 10% 10% 10% 10% 15ツも 15% 4【・'2.15 15% 41.12.15 15% 41.12.16 41.12.16 4」.12.16 40.4 35.6 330 142 29.6 31.6 35.5 337 20.4 31.1 31.5 21.2 33.5 20% neoiI CataIyzer 41.12.15 40.4 20% 20% 20% 41.1222 41.12.17 25% 41.12.18 25% 25% 41..12.20 274 28.9 25% CE6005% CE6IQ1% CE6105% CE6I10% CE60Q5% CE6IQ1% CE6IQ5% CE6110% Dateofmakin9 ● 5% 41.12.17 200 measurement 42.1,28 measurement 0% 26.4 41.12.16 4 1 . 1 2 . 2 Z Dateof 0% CE6005% CE6IO1% CE61Q5% CE6I1.0% CE60Q5% CE6IQ1% CE61Q5% CE6I10% Dateofmakin9 Dateof 0% CE6005% CE6101% CE6IQ5% CE6I10% CE60Q5% CE6IQ1% CE61Q5% 41.’2.22 41.12..17 41.12.18 41.12.20 41.12.22 4112.2国 1 1 . 6 272 28.6 25.0 9‘4 24.4 24.6 20.6 421.28 1 7 . 9 27.5 29.6 25.6 12.9 24.4 25.0 21.0 41.12.17 41.1218 Table(app.)−3Changeofmean-hardnessofsiliconerubber (siliconeoi125%,CE600.5%)foramonth immediatelyafteritsmaking. ● 43.1.20 1 2 . 0 2 3 4 9.89 933 9.33 956 9.78 9.44 5 6 1.21 1 0 . 5 10.67 1022 10.11 1067 10.67 10.44 1.25 1 5 . 0 13.20 12.60 12.60 13.30 13.10 12.40 1.29 15.0 14.30 13.80 13.60 14.40 14.20 14.10 108 16.20 16.00 15.90 16.30 16.20 16.10 2.13 A:Thicknessoftestpiece(c、) 穆 笹 Testpiece B:Roomtemp.(。c) C:Dateofmeasurement 41.12.20 165 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 Unit:m、 e 二 二 ﹁5.斗llllll 【_)1回 鮭 20 邑凹 −−上 Cam ↑mmemm のmm NOl∼24 I90 8 2 25∼28 12.5 8 2 19−23 24∼28 m 14−18 、匡JQ︾フ0臣J NO.' 13 A︲ 岨T8L Pushingrod Bmm No.I−Il I 5 I2−l6 1 I 17∼19 lO 20−28 9 Fig.(app.)−2Detailsofcamandpushing-rod. 166 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) H言2cose土RE〒 § 1百コ‐罰雨L8 Largecam:19の,c宮9.5 HLご2cose+侭55百百 目 Z両F5−8 Smallcam:12,5の‘c言a25 Hs二2cose十J宣両万百 = 可罰7汚一B Fig.(app.)-3(a)Calculationofcam-]ift 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 Fig.(app.)-3(b)Liftofsmallcam12.5‘. 1C7 168 鹿児島大学水産学部紀要第25巻第2号(1976) 3 2 0 0 30。60。90。120。150。180。 02 Q l 0 0 3 0 。 6 0 。 9 0 。 1 2 0 。 1 5 0 。 1 8 0 , 0 . 0 5 Qo4 003 Q o 2 Q O 1 ① 臼 5 【 P g 【 】 。 【 〕 巴 一AngleofrevoIutionofcam-shaft Fig.(app.)=4(a〕Cam-diagramoflargecaml9‘. O o 奈良迫:遊泳魚体の低抵抗性に関する基礎的研究 L i f t mm/s・Re Ve r 】 ・ 信 。 、 g o 巴 902mm,ロ・ロ垣 030。60。90。120@150。I80o AngleofrevOlutionofcam−shaft Fig.(app.)-4(b)Cam-diagramofsmallcaml2、596. 169
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