(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体の流れ方向である第１方向と交差する第２方向に延在する主翼と、
前記主翼と離間して配置され、前記主翼の前部側で前記主翼と対面する補助翼と、を備え、
前記補助翼の翼弦長は、前記主翼の翼弦長より短く、
前記補助翼の前縁と前記主翼との間隔は、前記補助翼の後縁と前記主翼との間隔よりも広く、
前記主翼は、前記前部側に形成された縮小流れ形成部と、前記縮小流れ形成部の後方に連続して形成された拡大流れ形成部とを有し、前記縮小流れ形成部の一面及び該一面の裏側の他面が前記第１方向と略平行な面を形成しており、前記拡大流れ形成部の翼厚が後方に向けて小さくなっていることを特徴とする翼構造。
【請求項２】
気体の流れ方向である第１方向と交差する第２方向に延在する主翼と、
前記主翼と離間して配置され、前記主翼の前部側で前記主翼と対面する補助翼と、を備え、
前記補助翼は、前記主翼との間に流体の圧縮領域を形成可能な第１湾曲面を有し、
前記主翼は、前記補助翼と反対側へ湾曲する第２湾曲面を有し、
前記補助翼の前縁と前記主翼との間隔は、前記補助翼の後縁と前記主翼との間隔よりも広く、
前記主翼は、前記前部側に形成された縮小流れ形成部と、前記縮小流れ形成部の後方に連続して形成された拡大流れ形成部とを有し、前記縮小流れ形成部の一面及び該一面の裏側の他面が前記第１方向と略平行な面を形成しており、前記拡大流れ形成部の翼厚が後方に向けて小さくなっていることを特徴とする翼構造。
【請求項３】
前記補助翼の前記主翼と対面する湾曲面の曲率は、前記主翼の前記補助翼側に形成された湾曲面の曲率より大きいことを特徴とする請求項１又は２記載の翼構造。
【請求項４】
前記補助翼は、前記第２方向に延在する所定の軸周りに回転可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の翼構造。
【請求項５】
移動体に設けられる整流装置であって、
前記移動体の前後方向である第１方向と交差する第２方向に突出する主翼と、
前記主翼と離間して配置され、前記主翼の前部側で前記主翼と対面する補助翼と、を備え、
前記補助翼の翼弦長は、前記主翼の翼弦長より短く、
前記補助翼の前縁と前記主翼との間隔は、前記補助翼の後縁と前記主翼との間隔よりも広く、
前記主翼は、前記前部側に形成された縮小流れ形成部と、前記縮小流れ形成部の後方に連続して形成された拡大流れ形成部とを有し、前記縮小流れ形成部の一面及び該一面の裏側の他面が前記第１方向と略平行な面を形成しており、前記拡大流れ形成部の翼厚が後方に向けて小さくなっていることを特徴とする整流装置。
【請求項６】
前記補助翼は、前記主翼の両側に設けられている、請求項５記載の整流装置。
【請求項７】
前記主翼及び前記補助翼は前記移動体の側部に設けられており、前記主翼は前記移動体の上下方向に翼厚を有する形状である、請求項５又は６記載の整流装置。
【請求項８】
前記主翼及び前記補助翼は前記移動体の下側に設けられ、前記主翼は前記移動体の幅方向に翼厚を有する形状である、請求項５又は６記載の整流装置。
【請求項９】
前記補助翼は、前記移動体の上下方向に翼厚を有する形状であり、
前記補助翼の翼厚が最大となる部位が、前記主翼の翼厚が最大となる部位よりも前側に設定されている、請求項７記載の整流装置。
【請求項１０】
前記補助翼は、前記移動体の幅方向に翼厚を有する形状であり、
前記補助翼の翼厚が最大となる部位が、前記主翼の翼厚が最大となる部位よりも前側に設定されている、請求項８記載の整流装置。
【請求項１１】
前記補助翼の高さは、前記主翼の翼厚が最大となる部位における主翼の高さの半分よりも大きい、請求項５〜１０のいずれか一項に記載の整流装置。
【請求項１２】
前記第１方向及び前記第２方向と垂直に交差する第３方向から見た前記主翼及び前記補助翼の形状が流線形である、請求項５〜１１のいずれか一項に記載の整流装置。
【請求項１３】
前記主翼の前記第１方向における中心軸と前記補助翼との距離Ｌに対する、前記主翼と前記補助翼との最短距離Ｃの比Ｌ／Ｃが所定値以下である、請求項５〜１２のいずれか一項に記載の整流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、翼構造および整流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、翼構造に係る技術として、コアンダ効果を利用し、揚力の増大が図られた飛翔体がある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の移動体は、流体を供給する流体供給部と、流体の流れ方向に対して下方に傾斜する外面を有し流体の流れ方向を下方に変化させて揚力を得る揚力生成部と、この揚力生成部の外面に対向する対向面を有し、流体の流れ方向の上流側における外面と対向面との間隔が、下流側における外面と対向面との間隔より広い流体収集部とを備えている。このような移動体では、流体損失による流速低下を防止し、揚力の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図２は、従来の翼の側面図であり、翼周辺の流体の流れを示す図である。図２に示すように、従来型の翼１０１の上面では、流体の流れ方向Ｘにおいて、縮小流れ領域Ａが形成された後に、拡大流れ領域Ｂが形成されるが、周辺の流体が十分に翼の縮小流れ部に流入せずに逃げてしまう場合があり、その結果、十分な作用力が得られない場合があった。【０００５】
本発明は、流体を効率的に圧縮し、作用力を増大させることができる翼構造および整流装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記課題の解決のため鋭意研究を重ねる過程で、主翼に補助翼を設け、その補助翼の形状や配置を最適化することで、流体を効率的に圧縮し、作用力を増大させることができることを見出した。すなわち、補助翼を用いることにより、主翼前部に流体の圧縮過程領域を形成させることができ、圧縮過程後の断熱膨張による流体の内部エネルギーの運動エネルギー乃至は力学的エネルギーへの変換により、作用力を増大させることができるという知見を得て本発明に至った。【０００７】
本発明による翼構造は、気体の流れ方向である第１方向と交差する第２方向に延在する主翼と、主翼と離間して配置され、主翼の前部側で主翼と対面する補助翼と、を備え、補助翼の翼弦長は、主翼の翼弦長より短く、補助翼の前縁と主翼との間隔は、補助翼の後縁と主翼との間隔よりも広く、主翼は、前部側に形成された縮小流れ形成部と、縮小流れ形成部の後方に連続して形成された拡大流れ形成部とを有し、縮小流れ形成部の一面及び該一面の裏側の他面が第１方向と略平行な面を形成しており、拡大流れ形成部の翼厚が後方に向けて小さくなっていることを特徴としている。
【０００８】
本発明に係る翼構造は、主翼の前部側で当該主翼と対面する補助翼を備え、当該補助翼の翼弦長は、主翼の翼弦長より短くされている。このような翼構造では、主翼の前部側に形成された補助翼に流体が当り、この流体が補助翼と主翼との間に誘導され、補助翼と主翼との間を通過する際に圧縮されるので、主翼面上に流体の圧縮過程領域を好適に形成することができ、圧縮過程後の断熱膨張による流体の内部エネルギーの運動エネルギー乃至は力学的エネルギーへの変換により、作用力を増大させることができ、揚力の向上にも有効である。【０００９】
また、本発明に係る翼構造は、気体の流れ方向である第１方向と交差する第２方向に延在する主翼と、主翼と離間して配置され、主翼の前部側で主翼と対面する補助翼と、を備え、補助翼は、主翼との間に流体の圧縮領域を形成可能な第１湾曲面を有し、主翼は、補助翼と反対側へ湾曲する第２湾曲面を有し、補助翼の前縁と主翼との間隔は、補助翼の後縁と主翼との間隔よりも広く、主翼は、前部側に形成された縮小流れ形成部と、縮小流れ形成部の後方に連続して形成された拡大流れ形成部とを有し、縮小流れ形成部の一面及び該一面の裏側の他面が第１方向と略平行な面を形成しており、拡大流れ形成部の翼厚が後方に向けて小さくなっていることを特徴としている。このような翼構造では、主翼の前部側に形成された補助翼の第１湾曲面に流体が当り、この流体が補助翼と主翼との間に誘導され、補助翼と主翼との間を通過する際に圧縮されるので、主翼面上に流体の圧縮過程領域を好適に形成することができ、作用力を増大させることができる。また、主翼は、補助翼と反対側へ湾曲する第２湾曲面を有する構成であるため、圧縮過程領域の後に、拡大流れ領域を形成することができる。
【００１０】
ここで、補助翼の主翼と対面する湾曲面の曲率は、主翼の補助翼側に形成された湾曲面の曲率より大きいことが好ましい。これにより、流体の圧縮をより効果的に起こす機能を実現することができる。【００１１】
また、補助翼は、第２方向に延在する所定の軸周りに回転可能であることも好ましい。これにより、流体の流速に応じて、補助翼の回転角を調整することで、流体の流れ方向に対する補助翼の傾斜角を変更することができる。高速領域では抵抗値が大きくなるので補助翼の傾斜角を調整することで、抵抗を減らすことができる。【００１２】
また、本発明に係る整流装置は、移動体に設けられる整流装置であって、移動体の前後方向である第１方向と交差する第２方向に突出する主翼と、主翼と離間して配置され、主翼の前部側で主翼と対面する補助翼と、を備え、補助翼の翼弦長は、主翼の翼弦長より短く、補助翼の前縁と主翼との間隔は、補助翼の後縁と主翼との間隔よりも広く、主翼は、前部側に形成された縮小流れ形成部と、縮小流れ形成部の後方に連続して形成された拡大流れ形成部とを有し、縮小流れ形成部の一面及び該一面の裏側の他面が第１方向と略平行な面を形成しており、拡大流れ形成部の翼厚が後方に向けて小さくなっていることを特徴とする。
【００１３】
上記整流装置においては、主翼の前部側に形成された補助翼に流体が当り、この流体が補助翼と主翼との間に誘導され、補助翼と主翼との間を通過する際に圧縮されるので、主翼面上に流体の圧縮過程領域を好適に形成することができる。これにより、拡大流れ領域における断熱膨張で流体の内部エネルギーを運動エネルギー乃至は力学的エネルギーに変換させることができ、周囲の流体に運動量を与えて流量を増やすことができることから、低流速時においても整流装置の作用力が大きくなる。さらに、整流装置を従来よりも小型化することも可能となる。【００１４】
本発明の整流装置においては、補助翼は主翼の両側に設けられていることが好ましい。補助翼が主翼の両側に設けられることによって、主翼の両面上に流体の圧縮過程領域を好適に形成することができ、より多くの流体の内部エネルギーを運動エネルギー乃至は力学的エネルギーに変換させることができ、より多くの周囲の気体に運動量を与えて流量を増やすことができる。【００１５】
主翼及び補助翼は移動体の側部に設けられており、主翼は移動体の上下方向に翼厚を有する形状であることが好ましい。主翼及び補助翼を移動体の側部に設け、主翼が移動体の上下方向に翼厚を有する形状であることによって、移動体の側部を流れる流体をより整流装置に取り込むことが可能になる。また、移動体をより安定的に移動させることも可能となる。【００１６】
また、主翼及び補助翼は移動体の下側に設けられ、主翼は移動体の幅方向に翼厚を有する形状であることも好ましい。主翼及び補助翼を移動体の下側に設け、主翼が移動体の幅方向に翼厚を有する形状であることによって、移動体の下側を流れる流体を移動体の両側から整流装置に取り込むことが可能となり、効果的に作用力を大きくすることができる。【００１７】
補助翼は、移動体の上下方向に翼厚を有する形状であり、補助翼の翼厚が最大となる部位が、主翼の翼厚が最大となる部位よりも前側に設定されていることが好ましい。補助翼が移動体の上下方向に翼厚を有する形状であり、補助翼の翼厚が最大となる部位が、主翼の翼厚が最大となる部位よりも前側に設定されていることによって、拡大流れ領域に流れ込む流体を十分確保しつつ、圧縮過程の効果を向上させることができる。【００１８】
補助翼は、移動体の幅方向に翼厚を有する形状であり、補助翼の翼厚が最大となる部位が、主翼の翼厚が最大となる部位よりも前側に設定されていることが好ましい。補助翼が移動体の幅方向に翼厚を有する形状であり、補助翼の翼厚が最大となる部位が、主翼の翼厚が最大となる部位よりも前側に設定されていることによって、拡大流れ領域に流れ込む流体を十分確保しつつ、圧縮過程の効果を向上させることができる。【００１９】
補助翼の高さは、主翼の翼厚が最大となる部位における主翼の高さの半分よりも大きいことが好ましい。補助翼の高さが、主翼の翼厚が最大となる部位における主翼の高さの半分未満であると、圧縮過程の効果が著しく低下してしまう場合がある。【００２０】
補助翼の移動体前後方向の中心は、主翼の翼厚が最大となる部位よりも前方側に設定されていることが好ましい。補助翼の移動体前後方向の中心が、主翼の翼厚が最大となる部位よりも前方側に設定されていることによって、縮小流れ領域と拡大流れ領域部の境界点よりも前方となり、拡大流れ領域に流れ込む流体を十分確保しつつ、圧縮過程の効果を向上させることができる。【００２１】
補助翼は、流体の種類及び温度に応じて、主翼との距離及び角度が変更されることが好ましい。圧縮の後、断熱膨張する際に体積膨張に寄与する割合、温度上昇に寄与する割合は流体分子の種類やそのときの系の温度（開始温度）に左右されるため、流体の種類及び温度に応じて、補助翼の主翼との距離及び角度が変更されることによって、作用力を調整することが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、流体を効率的に圧縮し、作用力を増大させることができる翼構造および整流装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る翼構造及び周辺流体の流れを示す概略図である。
【図２】従来の翼構造及び周辺流体の流れを示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係る整流装置を搭載した車両の側面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る整流装置を搭載した車両の上面図である。
【図５】整流装置の主翼及び補助翼を示す概略図である。
【図６】整流装置の主翼及び補助翼を示す概略図である。
【図７】整流装置の主翼及び補助翼を示す概略図である。
【図８】整流装置の主翼及び補助翼を示す概略図である。
【図９】整流装置の主翼及び補助翼を示す概略図である。
【図１０】整流装置の主翼及び補助翼を示す概略図である。
【図１１】整流装置の主翼及び補助翼と周辺気流を示す概略図である。
【図１２】主翼と補助翼の各等高面と高さを示す概略図である。
【図１３】主翼と補助翼の各等高面と位置関係を示す概略図である。
【図１４】主翼と補助翼の各等高面と位置関係を示す概略図である。
【図１５】主翼と補助翼の各等高面と位置関係を示す概略図である。
【図１６】主翼の境界点と補助翼の長手方向の中心の位置関係を示す概略図である。
【図１７】（ａ）補助翼が主翼より後ろに位置する場合、（ｂ）補助翼が主翼の前に位置する場合を示す概略図である。
【図１８】（ａ）主翼と２つの補助翼を備えた整流装置の概略図、（ｂ）主翼と補助翼の等高面と主翼に対する補助翼の投影面積を示す概略図である。
【図１９】車両のボデー面に配置された主翼と補助翼に光を投影した場合の投影面積の幅及び高さの例を示す概略図である。
【図２０】主翼と補助翼の距離と最近接部を示す概略図である。
【図２１】主翼と補助翼の距離と角度を示す概略図である。
【図２２】主翼の最大厚位置と補助翼の位置関係を示す概略図である。
【図２３】主翼の最大厚位置と補助翼の位置関係を示す概略図である。
【図２４】整流装置の実験において補助翼を設けない配置を示す図である。
【図２５】整流装置の実験において補助翼を縮小流れ部に設けた配置を示す図である。
【図２６】整流装置の実験において補助翼を縮小流れ部と拡大流れ部の中間に設けた配置を示す図である。
【図２７】整流装置の実験において補助翼を拡大流れ部に設けた配置を示す図である。
【図２８】補助翼の位置による流体の流れの違いを示す写真である。
【図２９】補助翼の位置による流体の流れの違いを示す写真である。
【図３０】補助翼の位置による流体の流れの違いを示す写真である。
【図３１】補助翼の位置による流体の流れの違いを示す写真である。
【図３２】補助翼の位置による流体の流れの違いを示す写真である。
【図３３】補助翼の位置による流体の流れの違いを示す写真である。
【図３４】補助翼の位置による流体の流れの違いを示す写真である。
【図３５】補助翼の位置による流体の流れの違いを示す写真である。
【図３６】補助翼の位置による流体の流れの違いを示す写真である。
【図３７】補助翼の位置による流体の流れの違いを示す写真である。
【図３８】補助翼の位置による流体の流れの違いを示す写真である。
【図３９】補助翼の位置による流体の流れの違いを示す写真である。
【図４０】補助翼の位置による流体の流れの違いを示す写真である。
【図４１】補助翼の位置による流体の流れの違いを示す写真である。
【図４２】補助翼の位置による流体の流れの違いを示す写真である。
【図４３】補助翼の位置による流体の流れの違いを示す写真である。
【図４４】流体の流速による流れの違いを示す写真である。
【図４５】流体の流速による流れの違いを示す写真である。
【図４６】流体の流速による流れの違いを示す写真である。
【図４７】流体の流速による流れの違いを示す写真である。
【図４８】流体の流速による流れの違いを示す写真である。
【図４９】流体の流速による流れの違いを示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１は、本発明の実施形態に係る翼構造及び周辺流体の流れを示す概略図である。流体は特に限定されず、空気などの気体であってもよく、水などの液体であってもよいが、以下の説明においては気体（空気）を主として述べる。翼構造１は、前後方向（第１方向）Ｘと交差する機幅方向（第２方向）Ｙに延在する主翼２と、主翼２の前部側で主翼２と対面する補助翼３とを備えている。
【００２５】
主翼２は、前部側となる縮小流れ形成部２１と、この縮小流れ形成部の後方に連続して形成された拡大流れ形成部２２とを有する。縮小流れ形成部２１は、進行方向Ｘにおいて略同一の厚さを有し、縮小流れ形成部２１の上面２１ａ及び下面２１ｂは、進行方向Ｘと略平行な面を形成している。主翼２では、例えば翼弦長の約１／３程度が縮小流れ形成部２１とされている。また、主翼２では、大きなキャンバが形成されていない。拡大流れ形成部２２は、後方に向かうにつれて下方に湾曲している。拡大流れ形成部２２の上面２２ａは緩やかな湾曲面を有している。拡大流れ形成部２２の翼厚は、後縁２ｂに向かって小さくなっている。
【００２６】
補助翼３は、主翼２の前部側で上下方向Ｚにおいて、主翼２と離間して配置されている。補助翼３の前後方向Ｘの幅（前縁３ａから後縁３ｂまでの長さ）は、主翼２の前後方向の幅（前縁２ａから後縁２ｂまでの長さ）よりも短く形成され、縮小流れ形成部２１の前後方向の長さＬよりも短くされている。また、補助翼３の前縁３ａと、主翼２の前縁２ａとは、前後方向Ｘにおいて略同じ位置に形成されている。なお、補助翼３の前縁３ａは、主翼２の前縁２ａよりも前方に形成されていてもよく、後方に形成されていてもよい。また、補助翼３の後縁３ｂは、主翼２の拡大流れ形成部２２よりも前に形成されていることが効果的である。
【００２７】
また、補助翼３の上面３ｃは、前部側で前後方向Ｘと略平行な面を形成し、その後湾曲して、後方側で下方に傾斜する面を形成している。一方、補助翼３の下面３ｂは、前部側で下方に傾斜して湾曲する面を形成し、その後、後部側で前後方向Ｘと略平行な面を形成している。補助翼３の翼厚は、前後方向Ｘにおいて中央付近で最も大きくなっている。たとえば、補助翼３の最大翼厚は、対面する主翼２の縮小流れ形成部２１の翼厚の約２倍程度とすることができる。
【００２８】
そして、補助翼３の下面３ｄは、主翼２の上面側に縮小流れ領域Ａを形成させる湾曲面として機能するものである。上下方向Ｚにおいて、主翼２の縮小流れ形成部２１上面２１ａと補助翼３の下面３ｄとの間隔は、後方側に向かい狭くなり、その後、略一定になっている。例えば、補助翼３の前縁３ａと主翼２の前縁２ａとの間隔は、縮小流れ形成部２１の翼厚の４倍程度であり、補助翼３の後縁３ｂと縮小流れ形成部２１の翼上面２１ａとの間隔は、縮小流れ形成部２１の翼厚の３倍程度とすることができる。
【００２９】
また、補助翼３の下面３ｄの湾曲面は、前方に向く傾斜面が後方にいくにつれて、前後方向Ｘと平行な面を形成するように湾曲している。また、補助翼３の下面３ｄの湾曲面の曲率は、拡大流れ形成部２２の上面２２ａの湾曲面の曲率より大きいことが好ましい。
【００３０】
また、補助翼３は、補助翼３の中央に、機幅方向Ｙに延在する回転軸３ｅを有し、この回転軸３ｅ周りに回転可能とされている。また、補助翼３は、下方から支持され主翼２に固定される構成でもよく、例えば、機幅方向Ｙから支持され機体胴部に固定される構成でもよい。これにより、流体の流速に応じて、補助翼の回転角を調整することで、流体の流れ方向に対する補助翼の傾斜角を変更することができる。高速領域では抵抗値が大きくなるので補助翼の傾斜角を調整し、補助翼が主翼と略平行になることで、抵抗を減らすことができる。
【００３１】
翼構造１の周辺気流について説明する。翼構造１では、縮小流れ形成部２１の上面２１ａ側に縮小流れ領域Ａが形成され、拡大流れ形成部２２の上面２２ａ側に拡大流れ領域Ｂが形成される。また縮小流れ領域Ａの前部側に圧縮過程領域Ｃが形成され、後部側に圧縮拡大領域（縮小→拡大移行部）Ｄが形成される。
【００３２】
圧縮過程領域Ｃ付近では、圧縮による流体の内部エネルギー（温度）の上昇が起きるが、流速上昇（縮小流れ）に従い圧力が低下すると共に、空気の体積膨張が抑制され、空気の温度上昇も抑制される。その際、特に拡大流れ領域Ｂにおいて、空気が断熱膨張することで、外部（周囲の空気）に仕事をし、周囲の空気と共に流速（運動量）が増大する。このとき、仕事の方向は、翼上面２２ａの空気の膨張が流線方向になるので、流線方向に仕事をしていることになる。すなわち、主翼２の翼上面２２ａの流速が増大する。このことは、実験などにより確認することができる。
【００３３】
拡大流れ領域Ｂで、断熱膨張によって周囲の空気に対して仕事をすることで、空気の温度低下が発生する。この温度低下は、ウイングカーや飛行機の急旋回などで、翼端に白いモヤ（雲）が発生することで観察することができる。これは、真空中で、自由膨張する気体では温度低下は起きず、温度低下が起こるのは外部に対して仕事をした場合であるのと同じである。ここで、ウイングカーなどの翼端のモヤは、水蒸気の凝縮によるものであり、この凝縮は圧力には依存せず、温度のみに依存するものである。よって、ウイングカー等の白いモヤの発生は、温度低下すなわち外部に仕事をしている結果として観測できることになる。
【００３４】
また、補助翼３の後縁３ｂの位置は、拡大流れ領域Ｂより前までが効果的である。拡大流れ領域Ｂでは、主たる流れの圧力が低下しているため周囲の空気が流れ込んでこようとする。このとき、主たる流れは、作用反作用の法則によって、周囲の気流の方に減速するように力を受けることになる。ここで、主たる流れの内部エネルギーは、運動エネルギー乃至は力学的エネルギーに変換される。そして、この変換された運動エネルギー乃至は力学的エネルギーによって、主たる流れは、周囲の気流の方に減速するように作用する力に打ち勝つことになる。
【００３５】
ここで、周囲の気流が流れ込む際、その周囲から流れ込む（曲げられる）気流自体も圧力が低下（断熱膨張）し、内部エネルギーの運動量への変換が行われる。そして、この運動量によって、周囲の気流は主たる流れに合流し、主たる流れの運動量を更に増加させ、作用力を増大させることになる。周囲の気流と主たる流れとが合流した流体が、主翼２の湾曲面（２２ａ）においてコアンダ効果によって下方に流れの方向が変えられると、その反作用としての力が翼構造１に作用し、少なくとも揚力の一部となる。周囲の気流は主たる流れの圧力低下によって引き込まれ、主たる流れは周りの空気から運動量をもらうことになる。そのため、この拡大流れ領域Ｂは周囲の気流を取り込む機能を有するため、その周囲の気流の流入を邪魔しないように、補助翼３の後縁３ｂは、拡大流れ領域Ｂより前までに形成されることが、より効果的となる。
【００３６】
このような翼構造１では、主翼２の前部側において、主翼２に対向するように補助翼３が設けられているため、補助翼３に衝突した空気は補助翼３と主翼２との間に導かれ、補助翼３と主翼２と間を通過する際に圧縮される。これにより、縮小流れ領域Ａに圧縮過程領域Ｃを形成することができる。また、主翼２の後部側には、補助翼３とは反対方向に湾曲する湾曲面２２ａが形成されている。これらにより、前部側の縮小流れ（圧縮流れ）のあと、後部側で拡大流れを形成することで、圧縮−断熱膨張を促し、運動量を増加させることができる。これにより、主翼２のキャンバを大きくすることなく、揚力を確保することが可能となり主翼２の薄型化を図ることができる。そのため、主翼２のキャンバを大きくしないことにより、その主翼２による縮小流れの部分での下方への力（マイナスの揚力）を大きくしないという効果が得られ、揚力を向上することができ、機体の動力源における消費エネルギーを抑えることができる。
【００３７】
また、気体の流入側に斜め下方に向く傾斜面（湾曲面）を形成する補助翼３を備える構成であるため、補助翼３の流入側の下面３ｄに空気が当り、上方への力Ｆ２を受けることができ、揚力を向上させることができる。
【００３８】
以上、本発明の実施形態に係る翼構造によれば、主翼の前部側に形成された補助翼に流体が当り、この流体が補助翼と主翼との間に誘導され、補助翼と主翼との間を通過する際に圧縮されるので、主翼面上に流体の圧縮過程領域を好適に形成することができる。これにより、拡大流れ領域における断熱膨張で流体の内部エネルギーを運動エネルギー乃至は力学的エネルギーに変換させることができ、作用力を増大させることができる。
【００３９】
次に、本発明の整流装置について説明する。本発明の整流装置は、移動体に設けられ、移動体の前後方向である第１方向と交差する第２方向に突出する主翼と、主翼と離間して配置され、主翼の前部側で主翼と対面する補助翼と、を備え、補助翼の翼弦長は、主翼の翼弦長より短いことを特徴としている。
【００４０】
図３は、本発明の実施形態に係る整流装置を搭載した車両の側面図であり、図４は同車両の上面図である。図３及び図４に示すとおり、車両５０の前方側面及び後方下面には、主翼３２と、主翼３２より翼弦長が短い２つの補助翼３３を備えた整流装置３１が配置されている。ここで、前方側面の整流装置３１は、２つの補助翼３３が上下方向で主翼３２を挟むように両側に離間して配置され、車両５０のボデー面における前方の両側に左右対照に設けられている。一方、後方下面の整流装置３１は、２つの補助翼３３が水平方向で主翼３２を挟むように両側に離間して配置され、車両５０のリアバンパー部の下面中央近辺に設けられている。このように車両５０の両側から空気を引き込むため、従来のように路面方向から空気を引くと流入に制限されるということも発生せず、効果的に作用力を大きくできる。
【００４１】
整流装置３１は、車両５０の側部や下部を流れる気体及びその周辺気流を整流装置に引き込み、上述の翼構造１と同様に、主翼３２の前部側に形成された補助翼３３に気体が当り、この気体が補助翼３３と主翼３２との間に誘導され、補助翼３３と主翼３２との間を通過する際に圧縮されるので、主翼３２前部に気体の圧縮過程領域を好適に形成することができる。これにより、拡大流れ領域における断熱膨張で気体の内部エネルギーを運動エネルギー乃至は力学的エネルギーに変換させることができる。また、拡大流れ領域における断熱膨張により低圧領域８１を発生させ、周囲の気体８２を流入させ、運動量を与えて流量を増やすことによって、低流速時においても作用力を大きくすることができる。
【００４２】
図５は、整流装置の主翼及び補助翼を示す概略図であり、上面及び側面から示したものである。主翼３２ａは横方向（移動体の幅方向）に厚みを有する翼構造であり、その前方に２つの補助翼３３ａが位置している。この補助翼３３ａは板形状であり、その側面は四角形の形状を有している。このように、前方の２つの補助翼３３ａが、主翼３２ａを挟み込むように離間して配置されていることによって、主翼３２ａの前部に気体の圧縮過程領域を好適に形成することができ、効率的に圧縮が行われ、同じ抵抗（動圧抵抗）でも効果を同等以上にでき、低流速時から十分な作用力が出せる。
【００４３】
図６〜図１０も整流装置の主翼及び補助翼を示す概略図であり、主翼又は補助翼の形状が図５の形状と相違している。図６は、図５に示した主翼３２ａが２つに分割された主翼３２ｚであり、このように主翼が２つに分割された形状であっても、前方の２つの補助翼３３ａが、２つの主翼３２ｚを挟みこんで位置していることによって、主翼３２ｚと補助翼３３ａの間の縮小流れ領域において圧縮過程領域が好適に形成される。また、図７においては主翼３２ａを２つ備える整流装置であるが、このような形状であっても、前方の２つの補助翼３３ａが、２つの主翼３２ａを挟みこんで位置していることによって、縮小流れ部において圧縮過程領域が好適に形成される。
【００４４】
また、２つの補助翼３３ｂが横方向（肉厚方向）に対象の板状の翼構造の場合（図８）や、２つの補助翼３３ｃが主翼３２ａと同じバンプ型の場合（図９）、補助翼３３ｄが補助翼３３ｃを分割した形状の場合（図１０）であっても、主翼と補助翼の間の縮小流れ部において圧縮過程領域が好適に形成されるものであればよい。特に図９に示すように、補助翼３３ｃの形状が主翼３２ａと同様のバンプ形状であると、補助翼３３ｃの湾曲面に気体が当り、この気体が補助翼３３ｃと主翼３２ａとの間に誘導され、補助翼３３ｃと主翼３２ａとの間を通過する際に圧縮されるので、主翼３２ａ面上に気体の圧縮過程領域をより好適に形成することができることから、好ましい。
【００４５】
図１１は、整流装置及びその周辺気流を示す概略図である。図１１に示すように、補助翼３３ｅはその中央で分割されている。この分割部４０がスリットとして機能し、補助翼３３ｅの外側（主翼３２ａと反対側）を流れる空気を主翼３２ａと補助翼３３ｅの間に引き寄せることによって、拡大流れ領域への気体の流入を増大させることができる。また、補助翼３３ｅがより前方に配置される場合には、縮小流れ領域への気体の流入を増大させることもできる。
【００４６】
図１２は、主翼と補助翼の各等高面と高さを示す概略図である。主翼３２ａにおける各等高面における最も厚みのある最大厚位置５２は、長手方向中心５１よりも前方にあり、主翼３２ａは高さＨを有している。また、補助翼３３ｆは高さｈを有しているが、補助翼の高さｈが主翼の高さＨの半分未満であると、圧縮効果が著しく低下してしまう場合があることから、補助翼の高さｈは主翼の高さＨの半分以上であることが好ましい。
【００４７】
図１３は、主翼と補助翼の各等高面と位置関係を示す概略図である。最も低い主翼の等高面３２ａ１と補助翼の等高面３３ｆ１においては、主翼の最大厚位置よりも前方に補助翼の長手方向中心（移動体前後方向の中心）が位置している。また、主翼の等高面３２ａ２〜３２ａ４と補助翼の等高面３３ｆ２〜３３ｆ４においても、主翼の最大厚位置よりも前方に補助翼の長手方向中心が位置している。このように、等高面の半分以上において、補助翼の長手方向中心位置が主翼の最大厚位置よりも前にあれば、拡大流れ部に流れ込む外部空気を十分確保しつつ、圧縮行程の効果を向上させることができる。このような整流装置は、膨大な計算を伴わずに実用的な設計が工学的に可能となる。
【００４８】
図１４及び図１５は、主翼と補助翼の各等高面と位置関係を示す概略図である。図１４に示すように、主翼３２ｂと補助翼３３ｇの各等高面における最近接部５４を、各等高面の長手方向における縮小流れ部Ａと拡大流れ部Ｂとの境界点５３とした場合に、補助翼３３ｇの長手方向中心が境界点５３よりも前方に位置していると、拡大流れ部に流れ込む外部空気を十分確保しつつ、圧縮行程の効果を向上させることができることから好ましい。
【００４９】
図１５においては、補助翼の各等高面３３ｇ１〜３３ｇ３の長手方向中心位置は、主翼の各等高面３２ｂ１〜３２ｂ３の境界点よりも前方に位置しているが、補助翼の等高面３３ｇ４の長手方向中心位置のみは、主翼の等高面３２ｂ４の境界点よりも後方に位置している。このように、主翼の境界点よりも前方に補助翼の長手方向中心が位置する等高面の割合が半分以上であれば、整流装置全体として効果が得られることから好ましい。
【００５０】
図１６は、主翼の境界点と補助翼の長手方向の中心の位置関係を示す概略図である。図１６における補助翼３３ｈの側面においては、補助翼３３ｈは長手方向に高さｈが不均一の形状となっている。このように、補助翼３３ｈの高さが長手方向に不均一である場合であっても、各等高面の長手方向中心を基準として、主翼３２ｃの境界点よりも前方に位置している等高面の割合が半分以上であることが好ましい。
【００５１】
図１７（ａ）は、補助翼が主翼より後ろに位置する場合であり、図１７（ｂ）は補助翼が主翼の前に位置する場合を示す概略図である。図１７（ａ）に示すように、補助翼３３ｉ１（横方向に肉厚の板形状）が主翼３２ｄよりも後ろに下がっている場合は比較的動圧小さくすることができる。また、図１７（ｂ）に示すように、補助翼３３ｉ２が主翼３２ｄよりも前にある場合は気体の圧縮過程領域を好適に形成することができる。
【００５２】
図１８（ａ）は、主翼と２つの補助翼を備えた整流装置の概略図であり、図１８（ｂ）は主翼と補助翼の等高面と主翼に対する補助翼の投影面積を示す概略図である。図１８（ａ）に示すように、補助翼３３ｊが、拡大流れ部にまで伸びて主翼３２ｅに対向している場合には、長手方向に主翼３２ｅと補助翼３３ｊが最大に重なることが好ましい。図１８（ｂ）に示すように、主翼３２ｅの側面に対して、長手方向垂直に補助翼３３ｊ１の側面３３ｊ２を投影した場合に、投影面３３ｊ３においては主翼３２ｅの縮小流れ部における投影面積Ｓ１が、主翼３２ｅの拡大流れ部における投影面積Ｓ２より大きいことが好ましい。拡大流れ、すなわち膨張行程に気体の流れを確実に送り込むことが重要なことによる。
【００５３】
図１９は、車両のボデー面に配置された主翼と補助翼に光を投影した場合の投影面積の幅及び高さの例を示す概略図である。図１９においては、主翼３２側から光源により補助翼３３側へ投影した場合であり、このような投影によっても、投影される幅及び高さから投影面積を算出することができる。
【００５４】
図２０は、主翼と補助翼の距離と最近接部を示す概略図である。主翼３２ｄの幅方向中心と補助翼３３ｉとの距離Ｌと、主翼３２ｄの最大厚位置と補助翼３３ｉとの最近接部５４の長さＣは、主翼３２ｄと補助翼３３ｉの間を流れる流体の流速（マッハ数（Ｍａ））がＭａ＜０．３のときにＬ／Ｃ＞１．０５であることが好ましく、Ｍａ≧０．３のときにＬ／Ｃ≦１．０５であることが好ましい。マッハ数０．３は約３〜５％程度の体積変化に対応しており、距離Ｌは空力的影響がある、すなわち流体の体積を５％以上圧縮することができる距離であることを示す。
【００５５】
図２１は、主翼と補助翼の距離と角度を示す概略図である。圧縮の後、断熱膨張する際に体積膨張に寄与する割合、温度上昇に寄与する割合は流体分子の種類やそのときの系の温度（開始温度）に左右される。そこで、そのときの流体の種類や温度に応じて距離Ｌや角度αを変更することが好ましい。
【００５６】
図２２及び図２３は、主翼の最大厚位置と補助翼の位置関係を示す概略図である。図２２においては、主翼の等高面３２ｅ１、３２ｅ２、３２ｅ４における最大厚位置よりも、補助翼の等高面３３ｋ１、３３ｋ２、３３ｋ４が前方にあり、補助翼の等高面３３ｋ３のみがその一部が主翼の等高面３２ｅ３の最大厚位置よりも後方に位置している。このように、主翼の最大厚位置よりも補助翼が前方にあるという条件を等高面において満たす割合は５０％以上が好ましく、７５％以上がより好ましい。
【００５７】
図２３においては、主翼の等高面３２ｅ１〜３２ｅ３における最大厚位置から後方にはみ出した補助翼の等高面３３ｋ５〜３３ｋ７のはみ出し量Ｔ１〜Ｔ３が３５％未満、すなわち補助翼の６５％以上が主翼３２の最大厚位置の前方であることが好ましい。このように、各等高面において補助翼の６５％以上が主翼３２の最大厚位置の前方にあるという条件を満たす割合は５０％以上が好ましく、７５％以上がより好ましい。
【００５８】
さらに、本発明の整流装置の効果を確認するために、小型風洞装置を用いた実験を行った。以下に写真を用いて、その実験結果を示す。なお、本実験においては、主翼は全長２１０ｍｍ、先頭から最大厚み位置までの長さが７０ｍｍ、横幅（厚み）６０ｍｍ、高さ４５ｍｍのものを用いた。また、補助翼を設けない場合の配置を図２４に、補助翼を縮小流れ部に配置した場合を図２５に、補助翼を縮小流れ部と拡大流れ部の中間に設けた場合を図２６に、補助翼を拡大流れ部に設けた場合を図２７に示す。
【００５９】
図２８〜図３１は、補助翼の位置による流体の流れの違いを示す写真であり、手持ち式スモーク発生器を壁から２５ｍｍ付にして、流体としてスモークを風速２０ｍ／秒で流した。図２８においては、補助翼を設けず主翼のみであり、周囲の流体は拡大流れ部においてわずかに主翼側に引き寄せられただけであった。図２９においては、補助翼を縮小流れ部に設けており、より外側から周囲の流体を引き込み、拡大流れ部において主翼側に引き寄せられた。一方、図３０及び図３１のように、補助翼が拡大流れ部に寄っていくほど、周囲の流体の引き込みの効果が小さくなり、特に図３１のように、補助翼が拡大流れ部に設けられていると、周囲の流体の拡大流れ部への引き込みを阻害した。
【００６０】
図３２〜図３５は、補助翼の位置による流体の流れの違いを示す写真であり、電熱線加熱によるスモーク発生器を壁から２５ｍｍ付にして、流体としてスモークを風速２０ｍ／秒で流した。図３２においては、主翼のみであり補助翼を設けなかったので、周囲の流体は主翼側にわずかに引き寄せられただけであった。一方、図３３においては、補助翼を縮小流れ部に設けたので、縮小流れ部で翼外側へ空気が逃げるのを抑制し（圧縮作用を促し）、拡大流れ部で周囲の流体の流入を阻害しないことが、周囲の流体の引き込みの作用を効果的にしていることが見てとれた。また、図３４及び図３５のように、補助翼が拡大流れ部に寄っていくほど、引き込みの効果が小さくなり、特に図３５のように、補助翼が拡大流れ部に設けられていると、周囲の流体の引き込みを阻害していることが明確となり、これらから、引き込まれる範囲が広いと、圧縮差のある範囲が広くなり、移動体の走行安定性を高める要因の一つとなると推察された。
【００６１】
図３６〜図３９は、補助翼の位置による流体の流れの違いを示す写真であり、高さ４５ｍｍ及び高さ２２ｍｍに２種類のタフトを設け、空気を風速２０ｍ／秒で流した。このうち、図３８のように補助翼を縮小流れ部と拡大流れ部の中間に設けた場合には、高さ２２ｍｍのタフトは拡大流れ部に寄っていくが、高さ４５ｍｍのタフトは拡大流れ部から逆に離れていく流れを示し、高さの違いで流れの方向に違いが出ることを確認した。
【００６２】
図４０〜図４３は、補助翼の位置による流体の流れの違いを示す写真であり、図４０において補助翼は縮小流れ部に配置されているが、図４１では拡大流れ部の１／３まで、図４２では拡大流れ部の２／３まで、図４３では拡大流れ部の３／３まで補助翼の長さが拡大流れ部に向けてより伸びており、空気を風速２０ｍ／秒で流した。図４０〜図４３における主翼の拡大流れ部付近の枠線で囲った部分の流れをみても明らかなように、縮小流れ部で圧縮が促されても、拡大流れ部に阻害物（例えば補助翼の後半部）があると、主翼の拡大流れ部付近の引き込み効果が小さくなった。これは、周囲の空気の圧の介在が流れに影響を与えており、翼の表面付近で観察されるコアンダ効果も粘性のみではなく、周囲の空気圧の介在が影響を与えていることが推察された。
【００６３】
図４４〜図４９は、流体の流速による流れの違いを示す写真であり、図４４〜図４６においては補助翼を設けず、図４７〜図４９においては補助翼を縮小流れ部に配置した。また、図４４及び図４７においては風速１０ｍ／秒、図４５及び図４８においては風速２０ｍ／秒、図４６及び図４９においては風速３０ｍ／秒で空気を流した。補助翼を縮小流れ部に配置することによって、周辺の空気がより拡大流れ部に引き込まれていることを確認でき、縮小流れ部での圧縮性が向上しているので、剥離が起き難いと推察された、なお、上記の風速の変化においては、特に大きな流れの違いは見られなかった。
【００６４】
以上、本発明の実施形態に係る整流装置により、主翼の前部側に形成された補助翼に流体が当り、この流体が補助翼と主翼との間に誘導され、補助翼と主翼との間を通過する際に圧縮されるので、主翼面上に流体の圧縮過程領域を好適に形成することができる。これにより、拡大流れ領域における断熱膨張で流体の内部エネルギーを運動エネルギー乃至は力学的エネルギーに変換させることができ、周囲の流体に運動量を与えて流量を増やすことができることから、低流速時においても整流装置の作用力が大きくなる。また、整流装置を小型化することも可能となる。
【００６５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記翼構造の実施形態においては、本発明の翼構造の飛行機への適用について例示したが、本発明の翼構造をその他の飛翔体に適用してもよく、例えばプロペラやタービンなど、その他の翼構造に適用可能である。
【００６６】
また、本翼構造を上下に逆にすることで、下方向の力を発生させることができる。よって、下向きの力を発生させたい車両のウイングなどにも適用可能である。上下方向だけではなく、主翼前後方向と垂直な方向であれば、その方向へ力を発生させたいときに利用可能である。
【００６７】
例えばプロペラやタービンなどの回転体に本発明の翼構造を適用した場合には、効率が向上されるため、回転数を低下させることができる。従来、高速回転となるため、強度不足が懸念される分野において、本発明の翼構造を使用することができる。回転数を低下させても所望の能力を発揮することが可能であるため、強度不足を解消して耐久性の向上を図ることができる。また、例えば、ベアリングなどその他の部品についても、回転数を下げることで、耐久性を向上させることができる。
【００６８】
なお、補助翼３は、図１に示されるように層流翼でもよく剥離が起きなければよい。これにより主翼２での下向きの揚力が発生し難くなる。
【００６９】
また、主翼２は、図１に示されるように、迎え角を積極的に与えた形状である方がより効果的である。また、主翼２は層流翼でもよく、圧縮−断熱膨張を形成可能であればよく、剥離が起きなければよい。
【００７０】
補助翼３の前後方向Ｘの幅は、主翼２の縮小流れ領域Ａの前後方向Ｘの長さより短くてもよい。翼構造１では、補助翼３を備え、主翼２及び補助翼３によって上下から挟むように形成されているので、翼構造１における圧縮効率は、補助翼３を備えていない従来の翼構造より高くなる。これにより、補助翼３の前後方向の幅を短くすることができる。
【００７１】
また、補助翼３は、所定の軸周りに回転可能とされているが、固定されているものでもよい。また、補助翼３は、機幅方向Ｙにおいて主翼２の全長に形成されていてもよく、部分的に形成されていてもよい。また、補助翼は複数枚設けてもよい。
【００７２】
図１１においては、補助翼３３ｅが分割されることによってスリットを形成しているが、例えば、補助翼３３の一部に穴をあけることによってスリットを形成してもよい。
【００７３】
図１４においては、最近接部５４は、各等高面の高い部分から低い部分になるに従い、流れ後方になるように補助翼３３ｇが配置されているが、これが上流になるように配置されていてもよい。
【００７４】
図１６においては、補助翼３３ｈの長手方向の長さが主翼３２ｃよりも短いが、補助翼３３ｈのように後部の高さが低い形状である場合には、外部の流体が主翼の拡大流れ部に流れ込むことを阻害しにくいため、補助翼の長手方向の長さが主翼よりも長くてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明によれば、流体を効率的に圧縮し、作用力を増大させることができる翼構造および整流装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１…翼構造、２…主翼（翼構造）、２ａ…前縁、２ｂ…後縁、３…補助翼（翼構造）、３ａ…前縁、３ｂ…後縁、３ｄ…補助翼の下面（第１湾曲面）、２１…縮小流れ形成部、２２…拡大流れ形成部、２２ａ…拡大流れ形成部の翼上面（第２湾曲面）、３１…整流装置、３２…主翼（整流装置）、３３…補助翼（整流装置）、４０…分割部（スリット）、５０…車両（移動体）、５１…長手方向中心、５２…最大厚位置、５３…境界点、５４…最近接部、Ａ…圧縮流れ領域、Ｂ…拡大流れ領域、Ｃ…圧縮過程領域、Ｄ…圧縮拡大領域、Ｘ…進行方向（流体の流れ方向、第１方向）、Ｙ…幅方向（第２方向）、Ｚ…上下方向。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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