(57)【要約】【課題】水槽で模型船を曳航する際に、その模型船周りの水流を観測するため粒子散布装置及びこれを用いた流場観測装置を提供する。【解決手段】水槽１０上に設置される曳引車１１により、その水槽１０内の水に浮かんだ模型船１２を曳航する曳航装置において、前記曳引車１１に、曳航される前記模型船周囲の水中にトレーサー粒子を散布する散布ノズル１８を設けたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水槽上に設置される曳引車により、その水槽内の水に浮かんだ模型船を曳航する曳航装置において、前記曳引車に、前記模型船周囲の水中にトレーサー粒子を散布する散布ノズルを設けたことを特徴とする粒子散布装置。
【請求項２】
模型船は曳航車に揺動自在に支持され、その曳引車に、曳航される前記模型船の船首前方の水中にトレーサー粒子を散布する散布ノズルが設けられる請求項１記載の粒子散布装置。
【請求項３】
散布ノズルは、少なくとも一部が水中に没するように設けられたパイプの前記水中部分に複数のノズル孔が設けられて形成される請求項１又は２記載の粒子散布装置。
【請求項４】
散布ノズルは、模型船の船首前方に位置するように設けられる請求項１又は２記載の粒子散布装置。
【請求項５】
散布ノズルのパイプは、その水平断面が流れに対して楕円形又は流線型又は翼型になるように形成される請求項１〜４のいずれかに記載の粒子散布装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の粒子散布装置を用いて模型船周りの水流を観測する流場観測装置であって、前記曳引車に、模型船の船尾周りのトレーサー粒子を観測する検出器と流場計測器を設けたことを特徴とする流場観測装置。
【請求項７】
前記模型船が、曳引車に揺動支持装置を介して支持され、その揺動支持装置の模型船側支持部に、検出器と流場計測器が模型船と共に揺動するように設けられる請求項６記載の流場観測装置。
【請求項８】
前記模型船が、曳引車に揺動支持装置を介して支持され、検出器と流場計測器が曳引車に固定して設けられる請求項６記載の流場観測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水槽での模型船周りの流場計測に使用する粒子散布装置及びこれを用いた流場観測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、風洞実験においては、測定対象物周りの気流の流れを可視化すべく、気流にトレーサー粒子散布ノズルからミストを平行に散布したりスモークなどを散布して気流に平行にトレーサー粒子を流して観測することが広くなされている（特許文献１）。
【０００３】
また、水理模型実験で水流を観測するものとしては、トレーサーノズルから染料などの液体を水流と共に流して観測することがなされている（特許文献２）。
【０００４】
水槽に模型船などを浮かべて、その模型船周りの水流を観測（流場観測）する場合には、特許文献３に示されるように水槽をループ状にした回流水槽を用いる方法が従来行われている。回流水槽でトレーサー粒子を流して観測を行う場合には、水（流体）を繰り返し循環するので、トレーサー粒子も同様に循環するためトレーサーの観測は容易である。しかし、循環式の回流水槽では、水流の均一性が十分でないため、精度の高い流場観測が困難という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１４７２３４号公報
【特許文献２】特開２００９−９７９０８号公報
【特許文献３】特開平１０−１７６９７３号公報
【特許文献４】特開２００１−１０８５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、模型船の種々の試験や観測を高精度で行うものとして、模型船を細長の水槽（長さ２００ｍ程度）に浮かべ、これを曳引車を用いて直接曳航することが提案されている（特許文献４）。
【０００７】
しかしこの曳航水槽で、トレーサー粒子を用いて模型船周りの流場観測を行う場合は、模型船を曳航しながら観測を行うため、水槽内で模型船の移動に伴い移動する観測領域にトレーサー粒子を均一に散布する必要があり、特許文献１、２のようにトレーサー粒子を固定のノズルを用いて目的の観測領域に散布することはできない。また模型船は、水槽に形成される波で、ヨーイング、ピッチング、ローリングできるように吊り下げて曳航されるため、単純に模型船の先端にトレーサーノズルを取り付けることも不可能である。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、水槽で模型船を曳航する際に、その模型船周りの水流を観測するため粒子散布装置及びこれを用いた流場観測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、水槽上に設置される曳引車により、その水槽内の水に浮かんだ模型船を曳航する曳航装置において、前記曳引車に、前記模型船周囲の水中にトレーサー粒子を散布する散布ノズルを設けたことを特徴とする粒子散布装置である。
【００１０】
請求項２の発明は、模型船は曳航車に揺動自在に支持され、その曳引車に、曳航される前記模型船の船首前方の水中にトレーサー粒子を散布する散布ノズルが設けられる請求項１記載の粒子散布装置である。
【００１１】
請求項３の発明は、散布ノズルは、少なくとも一部が水中に没するように設けられたパイプの前記水中部分に複数のノズル孔が設けられて形成される請求項１又は２記載の粒子散布装置である。
【００１２】
請求項４の発明は、散布ノズルは、模型船の船首前方に位置するように設けられる請求項１又は２記載の粒子散布装置である。
【００１３】
請求項５の発明は、散布ノズルのパイプは、その水平断面が流れに対して楕円形又は流線型又は翼型になるように形成される請求項１〜４のいずれかに記載の粒子散布装置である。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の粒子散布装置を用いて模型船周りの水流を観測する流場観測装置であって、前記曳引車に、模型船の船尾周りのトレーサー粒子を観測する検出器と流場計測器を設けたことを特徴とする流場観測装置である。
【００１５】
請求項７の発明は、前記模型船が、曳引車に揺動支持装置を介して支持され、その揺動支持装置の模型船側支持部に、検出器と流場計測器が模型船と共に揺動するように設けられる請求項６記載の流場観測装置である。
【００１６】
請求項８の発明は、前記模型船が、曳引車に揺動支持装置を介して支持され、検出器と流場計測器が曳引車に固定して設けられる請求項６記載の流場観測装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、模型船を曳航する曳引車に散布ノズルを設けることで、模型船の移動に伴い移動する観測領域において模型船周りの流場を高精度で観測できるという優れた効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態を示す平面図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】図１においてトレーサー粒子を散布したときの模型船と流場観測装置の関係を示す平面図である。
【図４】図３における粒子散布装置の詳細を示す正面図である。
【図５】図４の粒子散布装置の散布パイプの詳細を示す図である。
【図６】本発明において、粒子散布装置の他の実施の形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１，図２は、本発明の全体構成を示し、図１は平面図、図２は正面図を示したものである。
【００２１】
図１，図２において、水槽１０は、例えば長さが２００ｍ以上に形成される。この水槽１０の前端には図示していないが造波装置が設けられ、海面を模して波が形成できるようにされる。
【００２２】
この水槽１０上には、走行自在な曳引車１１が設けられる。曳引車１１は、詳細は図示していないが水槽１０上に走行自在に設けても、或いは水槽１０が設置される床上に走行自在に設けるようにしてもいずれでもよい。
【００２３】
曳引車１１には、実際の船を模した模型船１２が取り付けられる。この模型船１２は、水槽１０内の水面Ｗに浮かぶように、また曳引車１１での曳航中に模型船１２が、ピッチング、ヨーイング、ローリングの全部或いはいずれか１又は２つできるように、曳引車１１に揺動支持装置１３を介して支持される。また、模型船１２は揺動支持装置１３の他に、適宜曳引車１１に固定支持具１４にて固定して曳航できるようにもなっている。
【００２４】
曳引車１１には、トレーサー粒子Ｔを水中に散布する粒子散布装置１５が設けられる。粒子散布装置１５は、曳引車１１に設けたトレーサー溶液タンク１６と、そのトレーサー溶液タンク１６から配管１７を介して接続され、少なくとも一部が水槽１０の水中に没するように設けられた散布ノズル１８と、配管１７に接続されたポンプ１９及びバルブ２０から構成される。
【００２５】
トレーサー溶液タンク１６に収容されるトレーサー溶液は、水にトレーサー粒子を混合したもので、トレーサー粒子としては、色の付いたプラスチック粒子やガラスなど、水の比重に近い粒子で後述する流場観測装置３０で粒子を観測できるものであればいずれでもよい。
【００２６】
図５（ａ）に示すように散布ノズル１８は、断面円形を押し潰して楕円状乃至流線型状乃至翼形状のパイプ２１とし、図５（ｂ）に示すようにその楕円状乃至流線型状に形成されたパイプ２１の水中に没している部分に円形のノズル孔２２が適宜の間隔で穿設されて形成される。
【００２７】
このノズル孔２２は、図２に示すように模型船１２の喫水から模型船１２の船底までの範囲に位置するように形成される。
【００２８】
散布ノズル１８は、図２に示すように模型船１２の船首前方に位置するよう設ける。
【００２９】
図１、図２において流場観測装置３０は、模型船１２の船尾側のプロペラ１２ｐや舵１２ｒ周りの流速を検出すべく設けられる。この流場観測装置３０は、模型船１２を揺動自在に支持する揺動支持装置１３の模型船支持部１３ａに設けて模型船１２の揺動に追従するように設けても、或いは、曳航車１１に固定して設けるようにしてもよい。
【００３０】
流場観測装置３０は、カメラなどの検出器３１と、その検出器３１で撮影した画像からトレーサー粒子の動きを追跡して流れの分布を画像解析するＰＩＶ（粒子画像流速計）流場計測器３２から構成しても、或いはレーザー光源とトレーサー粒子Ｔで反射したレーザー光を受光する受光器からなる検出器３１と、その検出器３１で検出したトレーサー粒子Ｔの流速や方向を計測するＬＤＶ（レーザードップラー流速計）などの流場計測器３２で構成するようにしてもよい。
【００３１】
次に本実施の形態の作用を説明する。
【００３２】
曳引車１１により模型船１２を曳航する際に、例えば曳引車１１の船首側前方の粒子散布装置１５の散布ノズル１８から図２〜図４に示したようにトレーサー粒子を散布する。これにより、トレーサー粒子Ｔは、移動する曳引車１１により、図２、図４に示したように流れに沿って略平行に流れ、その流れに模型船１２が、図３に示すように航走波Ｓｗをつくりながら曳航され、またトレーサー粒子は、模型船１２の船腹に沿って流れて船尾に達し、そこで流場観測装置３０にて流場が計測される。
【００３３】
この際、散布ノズル１８のパイプ２１を、丸パイプを潰した楕円形にすることで、流場の乱れを減ずることができる。またその楕円状の散布ノズル１８にノズル孔２２を開けるだけの簡単な構造であり、低コストで、孔を増やすなどの変更にも容易に対応可能である。
【００３４】
また、散布ノズル１８は船首側前方に限らず、模型船１２の船腹に設けるようにしてもよい。
【００３５】
さらに散布ノズル１８に形成するノズルは図６に示すように、パイプ２１を水平に設置しても、或いは散布ノズル１８の表面に開けたノズル孔２２の代わりに、多孔質材やスリットから散布するように形成してもよい。
【００３６】
また、模型船１２は曳航の際に曳引車１１に固定して曳航し、その際の流場を計測するようにしても、曳航時に波により揺動するように曳航するようにしてもよい。流場観測装置３０は、模型船１２を固定して曳航する場合には固定して流場を観測できるようにする。また模型船１２を波などで揺動するように曳航した際には、流場観測装置３０は、模型船１２と一体に揺動しながら流場を観測するようにしても、曳引車１１に固定して流れのみを観測するようにしてもいずれの実験にも適用可能なように設けられる。
【符号の説明】
【００３７】
１０  水槽
１１  曳引車
１２  模型船
１５  粒子散布装置
１８  散布ノズル
３０  流場観測装置
３１  検出器
３２  流場計測器
【図１】
2011220891.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2011220891.tif 000007
【図６】
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