漕艇中のオールに働く直圧力係数の
過渡影響について
東京大学生産技術研究所
小林 寛、木下 健
漕艇中のオールの動き
＜ストロークサイド＞
艇の進行方向
水中でのブレードの軌跡
Locus of Bl ade ( St r okesi de)
0. 9
Locus of mi ddl e poi nt of Bl ade
0. 8
0. 7
Middle
0. 6
0. 5
Y[ m]
Finish
0. 4
0. 3
0. 2
0. 1
0
流入してくる水の向き
Catch
0
0. 2
0. 4
0. 6
X [ m]
0. 8
1
ストローク中の迎角の変化
ƒXƒgƒ
[ƒN’†‚ÌŒ}Šp‚̕ω»
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
0.2
0.4
0.6
Time[sec]
0.8
1
1.2
—¬‘¬[m/s]
ストローク中の対水流速の変化
ƒXƒgƒ
[ƒN’†‚Ì‘Î
…—¬‘¬‚̕ω»
2.4
2.2
2
1.8
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0
0.2
0.4
0.6
Time[sec]
0.8
1
1.2
オールの運動
Vb
M in
Fblade
lout
Fblade
Cn
1 tVb2 S
2
Fblade
ブレード
lout
M in
クラッチ
進行方向
ハンドル
実艇実験によるCnの推定値
Cn(ƒCƒ“ƒ{
[ƒhƒgƒ‹ƒN‚©‚ç‚Ì
„’è’l)
6
group1
group3
group5
group7
5
4
Cn
3
2
1
0
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
angle of attack[rad]
3
3.5
4
4.5
ブレードに働く力を流速から
求めるためには…
静的な流体力係数を適用した場合とは著
しく違う結果になる。
時々刻々迎角・流速が変化する場合の流
体力の変化を調べ、知る必要がある。
流水中で平板を回転させ、
オールの水中での運動を模した実験を行った
実験装置概略
強制動揺装置(サーボモータ)へ
ロードセル
アタックアングルの変化
一様流
実験の様子
Draft = 100[mm], U = 0.8[m/s], 振動周波数 = 0.5[Hz]
平板の設定パターン
Ａ：喫水0[mm]
Ｂ：没水100[mm], 天蓋無
一様流
100[mm]
100[mm]
一様流
Ｃ：没水100[mm], 天蓋付
一様流
実験の結果
静的な流体力
振動させたときの動的な流体力
– 平板と一様流の角度をそのまま迎角とした場合
– 計測したモーメントによるレバーで補正した場合
流速の違いによる変化
ベンチレーションがある場合
直圧力係数の定義
F [kgf ]
U [m / s]
F
Cn( ) 1
2
U
S
2
静的な直圧力係数
Cn (Static)
2.5
0.8[m/s]
1.0[m/s]
1.2[m/s]
draft=0[mm] 1.0[m/s]
2
Cn
1.5
1
0.5
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
angle of attack[rad]
1.2
1.4
1.6
直圧力係数の動的な変化
Cn vs Angle of Attack on each Frequency(1.0[m/s])
4.5
static
0.01[Hz]
0.02[Hz]
0.05[Hz]
0.10[Hz]
0.15[Hz]
0.20[Hz]
0.25[Hz]
0.30[Hz]
0.40[Hz]
4
3.5
3
Cn
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
0.5
1
1.5
2
Angle of Attack[rad]
2.5
3
3.5
回転することによる
流速および迎角の変化
MZ
補正された迎角
F
計測されたモーメントによる
着力点の変化例
’…—Í“_‚̈ʒu‚̕ω»‚Ì—á(Œv‘ª‚³‚ꂽƒ‚
[ƒ
ƒ“ƒg‚æ‚è)
’…—Í“_‚̈ʒu/ƒR
[ƒh
b/2
-b/2
0
0.5
1
1.5
2
Angle of Attack[rad]
2.5
3
3.5
モーメントより求められる着力点の影響を
考慮した場合の直圧力係数の変化
Cn vs Angle of Attack on each Frequency(1.0[m/s])
4.5
static
0.01[Hz]
0.02[Hz]
0.05[Hz]
0.10[Hz]
0.15[Hz]
0.20[Hz]
0.25[Hz]
0.30[Hz]
0.40[Hz]
4
3.5
3
Cn
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
0.5
1
1.5
2
Angle of Attack[rad]
2.5
3
3.5
ベンチレーションの影響(流速：1.0[m/s], モーメントによって流速・迎角補正)
Cn vs Angle of Attack on each Frequency(1.0[m/s])
Ａ：喫水0[mm]
4.5
static
0.01[Hz]
0.02[Hz]
0.05[Hz]
0.10[Hz]
0.15[Hz]
0.20[Hz]
0.25[Hz]
0.30[Hz]
0.40[Hz]
4
3.5
3
Cn
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Angle of Attack[rad]
Ｂ：没水100[mm], 天蓋無
Ｃ：没水100[mm], 天蓋付
Cn vs Angle of Attack on each Frequency(1.0[m/s])
4.5
Cn vs Angle of Attack on each Frequency(1.0[m/s])
4.5
static
0.01[Hz]
0.02[Hz]
0.05[Hz]
0.10[Hz]
0.15[Hz]
0.20[Hz]
0.25[Hz]
0.30[Hz]
0.40[Hz]
3.5
3
Cn
2.5
static
0.01[Hz]
0.02[Hz]
0.05[Hz]
0.10[Hz]
0.15[Hz]
0.20[Hz]
0.25[Hz]
0.30[Hz]
0.40[Hz]
4
3.5
3
2.5
Cn
4
2
2
1.5
1.5
1
1
0.5
0.5
0
0
0
0.5
1
1.5
2
Angle of Attack[rad]
2.5
3
3.5
0
0.5
1
1.5
2
Angle of Attack[rad]
2.5
3
3.5
流速の違いによる変化(モーメントによって流速・迎角補正)
Cn vs Angle of Attack on each Frequency(1.0[m/s])
1.0[m/s]
4.5
static
0.01[Hz]
0.02[Hz]
0.05[Hz]
0.10[Hz]
0.15[Hz]
0.20[Hz]
0.25[Hz]
0.30[Hz]
0.40[Hz]
4
3.5
3
Cn
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0.8[m/s]
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
1.2[m/s]
3.5
Angle of Attack[rad]
Cn vs Angle of Attack on each Frequency(0.8[m/s])
4.5
Cn vs Angle of Attack on each Frequency(1.2[m/s])
4.5
static
0.01[Hz]
0.02[Hz]
0.05[Hz]
0.10[Hz]
0.15[Hz]
0.20[Hz]
0.25[Hz]
0.30[Hz]
0.40[Hz]
3.5
3
Cn
2.5
static
0.01[Hz]
0.02[Hz]
0.05[Hz]
0.10[Hz]
0.15[Hz]
0.20[Hz]
0.25[Hz]
0.30[Hz]
0.40[Hz]
4
3.5
3
2.5
Cn
4
2
2
1.5
1.5
1
1
0.5
0.5
0
0
0
0.5
1
1.5
2
Angle of Attack[deg]
2.5
3
3.5
0
0.5
1
1.5
2
Angle of Attack[deg]
2.5
3
3.5
迎角の変化からCnを推定
実艇実験の迎角の変化から、迎角が
０°～180°まで変化するまでの経過時間を
算出し、それに応じたCnを今回の計測データ
から求める。
迎角の変化に対するCn
Œ}Šp‚ɑ΂·‚éCn‚̕ω»
4.5
ŽÀ’øŽÀŒ±
Estimation (Static)
Estimation (Dyanmic)
4
3.5
3
Cn
2.5
2
1.5
1
0.5
0
-0.5
0
0.5
1
1.5
Angle of Attack[rad]
2
2.5
3
結論
回転する平板のような、時々刻々迎角が変化する場合
は、定常な状態よりも倍程度の力が加わる場合があるこ
と、また迎角に対する変化の様子も大きく異なる事が分
かった。
直圧力係数 Cn は、基本的には平板の回転が早くなるほ
ど大きくなる。
喫水 0[mm]などで大きく Cn の値が減じられるのは、ベン
チレーションが影響を及ぼしているものと思われる。
今回の計測値を用いて、オールブレードの迎角の変化か
らCnを推定したところ、静的な推定値を用いるよりも実際
のCnに近い推定を行うことができたが、迎角が小さいと
きおよび大きいときに問題がある。
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