NDC 536．9
浮上高さの低い（h／t≦3）周辺噴流の実験研究（第1報）
道満理正＊三森太郎＊
（昭和55年4月28日受理）
Experjmental research of peripheral jet in Low Lifting． （h／tE13） （Part 1）
Masatada DoMAN and Tar6 M！TuMoRi．
（Received April 28， 1980）
Air−floating devices and air curtains etc． are known as the applied technics of the peripheral jet， and in these cases height to jet thickness ratio h／t， where h is the height from a ground plate to a jet and t is a jet thickness，
has relatively high value． Because it is known that experimental results correspond to the Exponential theory and the Barratt theory in the high range of h／t． Reducing of h／t is possible on ground usage but many reports are not presented in the range of h／t，43．
So in this report experiment was undertaken with two dimensions model in the range of h／t L．（：3 and found that in the case of nondimensional power coefficient Cp theoretical computations didn t correspond to the experimental results， that it needed to find out the most optimum conditions by model．
1．緒 言
英国のホバークラフトSRN1がはじめてドーバー海峡を 横断したのは1959年だそうである。その間，ラムウイング 型，圧力室型，周辺噴流型等々いろいろな形式のA・C・V・
が開発，研究されて現在に至っている。こtsでは特に，周 辺ノズルから流出する噴流が境界面と噴流に囲まれた空間 に高い圧力場を作り，噴流自身轡曲して流れる周辺噴流型 A・C・V・を取り上げる。周辺噴流型A・C・V．はその現実的 な有用性からフレキシブルスカート，安定カーテンを発達 させ，更に側壁型A・C・V，，双胴船型A・C．V。へと開発が 進められている。しかし有用性に重点をおくこれらの研究 においては基礎的な現象の解明が不充分のまS，便宜的な 取扱いがなされている場合が少なくなくD，特にノズル幅 tに対する浮上高さhとの比h／tが大きいのが特徴で，
海上走行を目的としたものが多い。
ところがフランスでのアエmトランの実験2）のような浮 上高さの小さいh／t≦3の状態があまり解明されていな い。そこで鞘らは，ノズル幅30㎜の二次元鯉を作り
h／tが0．5〜3．0までを0．25きざみでノズルとグラウンド プレートとの角度θをh／tのそれぞれの値に対して45。，
600，75。，90。に変えて無次元圧力係数Cp，無次元流量係 tw C4，，無次元動力係数Cpを平衡状態で求めた。従来h／
t≦3で理論値と実験値が良く合うStanton−JonesのExpo・
neRtial theoryDとBarratt theoryi）と比較検討して次の結果 を得たので報告する。
2．実験装置及び実験方法
＊機械工学科
2．三実 験 装 置
本研究に用いた装置の概略をFig．1に示す。周辺噴流実
験鑓1の二次元鯉は，ノズノ嘔30㎜下して三次元 流の羅を勘るため，長さを充頒く200㎜に取った。
ノズルaからの噴流とグラウンドプレートb，ボトムプレ ート。によりクッション室を形成して，噴流によりクッシ ョン室の圧力が外気より増大する。それ故，装置に歪の影 響酬ないように厚さ20㎜のアクリノレ板を全面的に使用
した。ノズル角度θは45。〜90。まで可変できるように，気 密が保持できるジャーナルが二つの側面板の中に嵌入され ている。またグラウンドプレートbは上下可動にしてノズ ルエッジからグラウンドプレートの高さhを変え得る構造
一13一
津山高専紀要第18号（1980）
にした。
圧力測定にはボトムプレート。に50㎜間隔で静圧孔
（0．5㎜φ）を12コ謝，グラウンドブ。レートにも同一孔 径，同一間隔で24コの静圧孔を設けた。ノズル出口におけ る全圧，静圧の測定は鰹1」㎜φ，全圧部孔径1㎜φ，
静圧部孔径0。3㎜鋤特製ピトー管を作り，0。5㎜ピッチ でトラバースさせるようになっている。これは外部の転輪 を回転させることによりラック＆ピニオンの噛合いでラッ ク上に取付けたピトー管がノズル角度θにかsわりなくノ ズル出口の中心線上を噴流に対して直角にトラバースする ように作った。
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いて自由渦分布，ノズル部断面で全智は一定，ジェット運 動量一定，流線上で静圧が一定の仮定のもとにBarratt theoryが次式のように定義されている5）。
記号 Cp：無次元圧力係数 Ce：無次元流量係数 Cp：無次元動力係数
Pc：クッション室静圧（mmAq）
Pt：ノズル出口全圧 （mmAq）
h：浮上高さ （m）
t：ノズル幅 （m）
s：ノズル出口断面積 （m2）
θ：ノズル角度 （deg）
x：（t／h）（1十cose）＝t／r ・4二揚力増大係数 1／（ゾx2＋1−x）
P：空気密度 （kgs2／m4）
r：ゼット噴流の曲率半径 （m）
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1．ACY， Mode1
5， Strei 一Gage
a，N騒zzl已
d，Screen grid
2．Blovee 3， Scanner 4，Meneeneter
6， lndicator antp， 7， Electerenic pen−recorder
b， 6pDund ptane c， Bottom plane
8，S閣rge 電a胴k 「， DamFe「冊1鴨
Exponential theory
cp ＝ llt；一 ＝＝ i 一e一 2x
Q 1−eHX
Cq＝ sゾ忽
但し 噴流出口流量
1／ 7Pt h・ （i−e−x）
Q ＝＝
1十cosθ
Fig．1 Arrangement of experiment．
2．2実 験 方 法
ノズル角度θを45。，60。，75。，90。の4種と，浮上高さ をh／t＝・O．5〜3．Oまでを0．25間隔で11種の測定をレイノ ズル数1×104〜25×104の範囲で行い，ノズル出ロ圧力は ノズル幅の方向にピトー管を0．5㎜ピッチでトラバースし 約60点の圧力分布を調べ，ノズル中心部の値を代表値とし て計算に使用した。各測定点から測定器へは十ニチャンネ ルのスキャンナー3に自作六チャンネルのスキャンナーを 接続し，一台の超精密歪抵抗型圧力変換器5とベッツ型水 マノメーター4を並列に継ぎ，マノメーター側にコックを 入れて圧力変換器とこれに附随したアンプ，レコーダーを 補正しながら測定を行った。
3．理 論
各無次元係数は，空気を完全流体とみなし，ジェットの 曲率半径は各流線において一定，ジェット内の全圧は一定 と仮定してExponential theoryが，またノズル出口にお
・・一 i 1−e−x P−e−2x）3／2（1＋cose）
Barratt theory
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P＝
C
以上の理論式を用いて，．実験値を整理したものがFig．2
〜4である。
4．結果と考察
実験によって得られたデータから無次元圧力係数Cp，無 次元流量係tWCe，無次元動力係数Cpを算出してExponent−
ia1 theory， Barratt theoryによる各係数と比較した。
1）無次元圧力係数，Cpと1／xの関係をノズル角度を
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浮上高さの低い（h／t≦3）周辺噴流の実験研究（第1報）道満・三森
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ficient and non−dimensional hover height．
えたデータと両理論値の曲線とを比較した。理論的には
／xが0になるところ，即ちh＝0ではノズルからの噴 は閉塞されて1になるが，3≧1／x≧0．5の範囲でx＝
t／h）・（1＋cosθ）とxのこのような性格をもとにして
ラフを検討すると，ノズルとグラウンドとの角度θが 5。のときは1／xが0．5〜1．6まではBarratt theoryに殆ん
一致しているが，1．6より大きくなるとやs小さい値を る。θが60Q，750のときは殆んどBarratt theoryに一致 ている。θが90。で1／x＝O．5はBarratt theoryに沿っ いるがO．75〜2．5を過ぎるところではExponential theory 一致している。以上θ＝60。，75。の場合はBarratt theory おける仮定がより実験値に近似している。
θが45Qのとき1／κが0．5〜L 6まではBarratt theoryに 致しているのも前記と同じ性格とみなすことができ，
0。，75。，のときもノズル出ロとグラウンドプレートとの 触部における運動量とジェットの運動量が比較的一致し
，ジェットの曲率半径のとり方が良く合うからである。
が90。のときは1／xが0．75よりExponential theoryの仮 に実験値が近づいたと考えられ，ジェットの各流線の曲 半径がほぼ一定である。
2．無次元流量係数 Cqと1／xの関係はFig．3に示す うにExponential theoryとBarratt theoryとが良く合っ いる。ノズルとグラウンドプレートとの角度θが45。，．
0。，750のときは両theoryの曲線に良く一致しているこ は前記1）で述べた同じ角度のBarratt theoryの仮定と 験値が比較的一致していることになり，ジェット運動量 定，ジェットの曲率半径一定のとり方がよく合うからで る。θ・＝90。の場合には1／x＝O．5〜1．5までは両theory りやN低い値をとり，2以上で両theoryに近似してい
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津山高専紀要第18号（1980）
ることは1／x＝0．5〜1．5の範囲でジェットの各流線の曲 率半径が両theoryに比較して小さい値をとり，実験値の データの方が理論値より縮流をなす効果があると考えられ
る。
3．無次元動力係数 ノズル出口の噴流のエネルギーと 周辺噴流のエネルギーの比で，Cpは周辺噴流装置のノズ ル角度θで浮上高さhを保つため浮上に要した動力の効率 をあらわす。Cpと1／xの関係をFig．4に示す。いつれも 0．25≦1／x≦3の間にCpminのところがあり，各角度に 対し理論値と同様の傾向がある。
θ＝45。のときは，1／x ＝・O．・75，h／t＝1．45でCpmin＝
O． 51に対し理論値はExponential theoryで1／x＝1．40，
h／t＝2．39，Cp min＝0．45， Barratt theoryで1／x＝
1．5，h／t＝2．56， Cpmin＝0．46とCpminの値が実験値 より高い浮上高さのところで低い。θ＝＝60。のときの実験値 では1／∬＝0．80，h／t篇1．20でCpmin ＝O． 54に対して Exponential theoryでは1／x＝1，40， h／t＝2．10， CP min ・O．52， Barratt theoryでは1／κ騙1．50， h／t＝
2，40，Cpmin＝O．53となり，低い浮上高さのところで少し 大きい。θ＝75。のときの実験値では1／x＝1，h／t＝
1．26，C1）min＝0．64で， Exponential theoryの1／x＝
1．40，h／t＝1．76， Cp min＝O．62と， Barratt theoryの 1／x＝1・60，h／t＝2・01， CPmin＝0．64の間にありいず れも1／xの低いところにある。θ＝90。のときの実験値で は1／x＝2．10，h／t＝2．10， Cp／min＝0．69で， Expo−
nential theoryの1／x＝1．44， h／t＝1．44， Cp min＝
0．78，Barratt theoryのi／劣＝1．65， h／t＝1．65， Cp min＝0．97と比較すると二つの理論値に対していずれも低 い浮上高のところでCp minの値が低い。θが小さい45。で は実験値が理論値より大き．く，θが大きくなるとその差は 減少して，θ＝90。では逆に理論値より小さくなりその差が 拡大している。またCpminは1／x， h／tの値が理論値 に比べ，どの角度においても小さいところ，即ち低い浮上 高さのところにあり，実験値と理論値との違いが可成りあ ることがわかる。このことはCpそのものが動力の効果を 表わすので，空気の粘性による損失が相乗的に作用して，
その影響による実験値と理論値の違いが顕著にでてくるの である。h／t≦3のような低い浮上高のときはCpについ て理論値を適用することは動力計算の点で大きな誤差を生 ずると言える。
Barratt theoryとのひらきは大きくないので両theoryを 採用しても大きな違いはない。
2）無次元流量係数Cqについても1）と同様のことが言
える。
3）無次元動力係数Cpについては両theoryとのひらきが あるので実験値を採用した方が良い。
以上に基づいてh／t≦3の周辺噴流型A．C・V・を計画す るにあたって，その使用目的，使用条件により次のことが 言える。
1）浮上に要する動力損失をあまり問題にせず，ペイロ ードの大きなA・C・V・の計画のときにはExpone皿tial theory，
Batratt theoryによる計算値を採用しても差：支えない。
2）浮上に要する動力の効率の良い事を目的とした計画 の場合はCpの最も低い箇所を選び，それに対応するh／t，
θを選ぶようにすべきである。
3）1），2）の条件を同時に考慮しなければならないと きは両条件に対して，ペイm一ド，A．C．V・の自重，浮上 の条件，機体の大きさ，縦横の長さ，浮上の動力源のパワ ー等よりCp， Cq， Cpの最適条件を決めて具体的にA・C・V・
の計画をしなければならぬ。
本研究は周辺噴流の未だ充分に知られていない分野に対 しての調査をしたのであるが，ノズル内の速度分布，クッ ション室内のはく離点呼に関しては今回ふれていないが，
今後ともその分野に対する調査を進めたいと思う。
終りに，本実験研究に終始ご指導ご助言を賜わった大阪 府立大学工学部教授，宮井善弘工学博士と同研究室の安富 善三郎工学博士に厚くお礼申し上げるとともに熱心に協力 頂いた本校卒業生に深く感謝いたします。
参 考 文 献
1）川野洋典，A．C．V．の研究，12−2，1979，16 2）中山泰喜，A．C．V．ニュース，4−4，1970，12〜16
3） Stanton−Jones， R． 1．A．S． 1961 Paper 61−45 4 ） Barratt M．J． Tech． Memorandum 1961 HDL／61／115 5）安富善三郎，宮井善弘，Curtain・jetの性質 unpublished 2ev6
5．む す び
h／t≦3の周辺噴流の特性をノズルとグラウンドプレ ーとの角度について調査してExponential， Barratt，両 theoryと比較検討をしたが，その結果次のことが言える。
1）無次元圧力係数CpについてはExponential theoryと
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