(57)【要約】      （修正有）【課題】コンピューターの計算時間を短縮した風洞試験を実施することを可能とする方法および装置を提供する。【解決手段】空気や水で作られる流体の代わりに、仮想粒子である相互干渉粒子を用いて流体を定義し、コンピューターのメモリー空間へ風洞試験装置を作成し、画像データを風洞模型の代わりとし、風洞試験を実施する風洞試験装置。【選択図】図１
2019138846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互干渉粒子は相互干渉粒子の大きさと
斥力有効領域と引き付け力有効領域を持ち、
斥力有効領域は相互干渉粒子の大きさよりも大きく、
引き付け力有効領域は斥力領域よりも大きい領域があり、
相互干渉粒子の大きさと斥力有効領域と引き付け力有効領域は相互干渉粒子の中心を円の中心とする同心円の構造を持ち、
斥力有効領域は、他の相互干渉粒子が斥力有効領域内部へ入ると他の相互干渉粒子と反発する力を発生させ、
引き付け力有効領域は、引き付け力有効領域の内部にある相互干渉粒子を引き付ける力を発生させ、
コンピューターのメモリー空間へ風洞を定義し、
画像データを風洞模型としてコンピューターのメモリー空間へ定義した風洞内へ定義し、
コンピューターのメモリー空間へ定義した風洞内を流れる流体を相互干渉粒子により定義し、風洞試験を実施することを特徴とする風洞試験装置。
【請求項２】
コンピューターのメモリー空間へ相互干渉粒子を定義し、
相互干渉粒子は相互干渉粒子の大きさと斥力有効領域と引き付け力有効領域を持ち、
斥力有効領域は相互干渉粒子の大きさよりも大きく、
引き付け力有効領域は斥力有効領域よりも大きい領域があり、
相互干渉粒子の大きさと斥力有効領域と引き付け力有効領域は相互干渉粒子の中心を円の中心とする同心円の構造を持ち、
斥力有効領域は、他の相互干渉粒子が斥力有効領域内部へ入ると他の相互干渉粒子と反発
する力を発生させ、
引き付け力有効領域は、引き付け力有効領域の内部にある相互干渉粒子を引き付ける力を発生させる特徴を持つ相互干渉粒子により流体を定義することを特徴とする相互干渉粒子の構造。
【請求項３】
相互干渉粒子は球体で定義し、球体の斥力有効領域と球体の引き付け力有効領域を持ち、
斥力有効領域は相互干渉粒子の大きさよりも大きく、
引き付け力有効領域は斥力領域よりも大きい領域があり、
相互干渉粒子の大きさと斥力有効領域と引き付け力有効領域は、相互干渉粒子の中心を球の中心とする同心球の構造を持ち、
斥力有効領域は、他の相互干渉粒子が斥力有効領域内部へ入ると他の相互干渉粒子と反発する力を発生させ、
引き付け力有効領域は、引き付け力有効領域の内部にある相互干渉粒子を引き付ける力を発生させ、
コンピューターのメモリー空間へ風洞を定義し、
画像データを風洞模型としてコンピューターのメモリー空間へ定義した風洞内へ定義し、
コンピューターのメモリー空間へ定義した風洞内を流れる流体を相互干渉粒子により定義し、風洞試験を実施することを特徴とする風洞試験装置。
【請求項４】
コンピューターのメモリー空間へ相互干渉粒子を定義し、
相互干渉粒子は球体で定義し、球体の斥力有効領域と球体の引き付け力有効領域を持ち、
斥力有効領域は相互干渉粒子の大きさよりも大きく、
引き付け力有効領域は斥力有効領域よりも大きい領域があり、
相互干渉粒子の大きさと斥力有効領域と引き付け力有効領域は、相互干渉粒子の中心を球の中心とする同心球の構造を持ち、
斥力有効領域は、他の相互干渉粒子が斥力有効領域内部へ入ると他の相互干渉粒子と反発
する力を発生させ、
引き付け力有効領域は、引き付け力有効領域の内部にある相互干渉粒子を引き付ける力を発生させる特徴を持つ相互干渉粒子により流体を定義することを特徴とする相互干渉粒子の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピューターの仮想空間へ風洞を作成し、風洞試験を実施する方法として、風洞内を流れる流体を、仮想粒子である複数の相互干渉粒子により定義し、相互干渉粒子は、周囲に存在する相互干渉粒子や風洞試験を実施する風洞模型の形状から動作の制限を受けることで、相互干渉粒子による流れを決定し、相互干渉粒子により作られる流体の流れを使用して風洞試験を実施する風洞試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風洞試験は、試験を行う形状の模型を作成し、空気の流れを発生させる風洞試験装置へ試験を行う模型を設置し、模型へ実際の空気の流れを当て、気流の流れを観測する。気流は視認することができないので、線状の煙を気流へ流すことで目に見える状態を作成する。試験を行う模型の表面に気圧を計測するセンサーを多数配置して、気圧の変化により、空気の流れを観測する。
【０００３】
空気の流れを煙の筋から把握するため、流れる状態を正確に把握することが難しい欠点があった。センサーを多数配置する場合は、センサーからデータを取得する装置が複雑で高価であり、センサーを設置できる場所や個数は、物理的に限界がある。
【０００４】
コンピューターを使用して流体のシミュレーションを実施する場合は、流体力学の計算モデルの選択や計算の前提条件を入力する必要があり、専門知識を持つ分析者が必要であり、計算内容によっては、スーパーコンピューターと呼ばれる高価なコンピューターを使用する必要がある。シミュレーションは、均一な表面を持つ仮想模型を使用するため、現実の挙動を再現することが難しい欠点があった。
【０００５】
風洞模型を製作するには費用が掛かり、製品を開発する初期段階で、多くの風洞模型について風洞試験を実施することが難しい欠点があった。
風洞試験を実施する装置の確保や試験を行う模型を作成しなければならない欠点がある。
シミュレーションを実施するには専門知識を持つ人材の確保や分析費用が発生する欠点がある。このような欠点があることで、製品を作成する企画段階で、コンセプトデザインを基に風洞試験を実施しながらデザイン変更を行うことが難しいという問題点があった。
【０００６】
この改善策として、小型の風洞試験装置があるが、模型の制作などの基本的な問題を改善できていない。シミュレーションは、計算を前提とする必要があり、誰でもが容易に使用できない問題を改善できていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許４２６８２５０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】吉澤徴『流体力学』  東京大学出版  ２００１年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
解決しようとする問題点は、風洞試験は風洞試験装置が大型で高価であり、風洞試験を実施する専用の施設が必要である。コンピューターを使用して流体のシミュレーションを実施する場合は、流体力学の計算モデルの選択や計算の前提条件を入力する必要があり、専門知識を持つ分析者が必要であり、計算内容によっては、スーパーコンピューターと呼ばれる高価なコンピューターを使用する必要があり、簡易で安価な風洞試験装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、コンピューターの仮想空間へ風洞を作成し、風洞内部を流れる流体の代わりに複数の粒子（以後、この粒子を「相互干渉粒子」と呼ぶ）により流体を定義する。「相互干渉粒子」は、粒子の中心点を原点とした同心円の領域（以後、斥力領域と呼ぶ）を持ち、この斥力領域に他の相互干渉粒子が存在する場合は、相互干渉粒子は、互いに反発する力を発生し、斥力領域の外側に他の相互干渉粒子が存在する場合は、近接する相互干渉粒子と互いに引き付け合う力（以後、引き付け力と呼ぶ）を発生する性質を持つと定義する。
【００１１】
「相互干渉粒子」は、反発する力と引き付け力により互いに干渉することで「相互干渉粒子」の動きを決定し、流体の動きを模擬する。風洞試験装置をコンピュータの仮想空間へ定義し、「相互干渉粒子」によって作られる模擬流体により風洞試験を実施する風洞試験装置を最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の風洞試験装置は、コンピューターの仮想空間へ互いに干渉し合う粒子により流体を模擬することで流体力学の専門知識やコンピュータシミュレーションの計算を実施する前提条件と計算結果の分析に専門知識が必要がない利点がある。風洞試験装置をコンピューターの仮想空間へ作成することで、デザイン画の画像データを使って風洞試験ができ、風洞試験を実施しながら試験体のデザインを変更することで、時間の連続した流体の変化を観察できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は本発明を適用した相互干渉粒子を使用した風洞試験装置の構成を示した説明図である。（実施例１）
【図２】図２は同一断面を持つ模型の断面の説明図である。（実施例１）
【図３】図３は同一断面を持つ模型の断面の画像を示した説明図である。（実施例１）
【図４】図４は画像風洞模型のＸＹ平面座標を示した説明図である。（実施例１）
【図５】図５は粒子間に働く万有引力を示した説明図である。（実施例１）
【図６】図６は相互干渉粒子力を示した説明図である。（実施例１）
【図７】図７は相互干渉粒子の構造を示した説明図である。（実施例１）
【図８】図８は相互干渉粒子へ作用する力のベクトル成分を示した説明図である。（実施例１）
【図９】図９はコンピューターのメモリー空間へ定義した風洞を示した説明図である。（実施例１）
【図１０】図１０は相互干渉粒子力による流体圧力を示した説明図である。（実施例１）
【図１１】図１１は風洞が相互干渉粒子により満たされている状態を示した説明図である。（実施例１）
【図１２】図１２は相互干渉粒子による整流を示した説明図である。（実施例１）
【図１３】図１３は相互干渉粒子の生成と削除による整流を示した説明図である。（実施例１）
【図１４】図１４はメモリー空間の風洞へ風洞模型となる画像を重ねた状態を示した説明図である。（実施例１）
【図１５】図１５はメモリー空間の風洞へ風洞模型をピクセル座標を使用して定義した説明図である。（実施例１）
【図１６】図１６はメモリー空間の風洞模型と相互干渉粒子を定義した状態の説明図である。（実施例１）
【図１７】図１７は風洞模型へ衝突した相互干渉粒子が移動する方向を決定する方法を示した説明図である。（実施例１）
【図１８】図１８は風洞模型へ衝突した相互干渉粒子の移動経路の決定方法の説明（その１）を示した説明図である。（実施例１）
【図１９】図１９は風洞模型へ衝突した相互干渉粒子の移動経路の決定方法の説明（その２）を示した説明図である。（実施例１）
【図２０】図２０は風洞模型へ衝突した相互干渉粒子の移動経路の決定方法の説明（その３）を示した説明図である。（実施例１）
【図２１】図２１は相互干渉粒子と風洞模型との剥離と移動方向の決定方法を示した説明図である。（実施例１）
【図２２】図２２は相互干渉粒子と相互干渉粒子との干渉と移動方向の決定方法を示した説明図である。（実施例１）
【図２３】図２３は相互干渉粒子を流体とした風洞試験装置の表示例を示した説明図である。（実施例１）
【図２４】図２４は風洞模型のデザインを変更ながら風洞試験を実施した風洞試験装置の表示例を示した説明図である。（実施例１）
【図２５】図２５は相互干渉粒子を用いた風洞試験装置のプロセスを示した説明図である。（実施例１）
【図２６】図２６はＸＹＺ空間における相互干渉粒子構造の説明図である。（実施例２）
【図２７】図２７はＸＹＺ空間の相互干渉粒子へ作用する力の成分の説明図である。（実施例２）
【図２８】図２８はコンピューターのＸＹＺメモリー空間へ風洞を定義した説明図である。（実施例２）
【図２９】図２９はＸＹＺメモリー空間の風洞へ風洞試験を行う模型を定義した説明図である。（実施例２）
【図３０】図３０はＸＹＺメモリー空間の風洞模型へ衝突した相互干渉粒子の移動経路の決定方法の説明図である。（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【００１４】
コンピューターの仮想空間へ互いに干渉し合う相互干渉粒子により流体を模擬することで、流体力学を基にした複雑な計算を実施することなく、仮想空間へ風洞試験装置を作成し、風洞試験を実施することを実現した。
【実施例１】
【００１５】
本発明は、例えば図１に示すような「相互干渉粒子を使用した風洞試験装置１」に適用される。
「実施例１」は、コンピューターの仮想空間へ２次元の風洞試験装置を作成し、２次元空間の風洞試験を実施する風洞試験装置について記載する。
風洞試験装置は空気の流れを発生させて、風洞試験を実施するが、本発明は、コンピューターの仮想空間へ風洞を作成し、風洞内部を流れる流体の代わりに複数の粒子（以後、この粒子を「相互干渉粒子」と呼ぶ）により流体を定義する。
図１は相互干渉粒子を使用した風洞試験装置の構成要素を示した図であって、風洞試験を行う形状を表現した風洞試験模型のデータを入力する「データ入力部２」と流体の流れを計算する「相互干渉粒子の計算部３」と風洞試験模型の形状を表示し、「相互干渉粒子の計算部３」で計算した相互干渉粒子の移動結果を表示する「風洞試験の表示部４」から構成される。
【００１６】
「実施例１」で示す２次元空間の風洞試験装置は、図２の「同一断面を持つ模型の断面の説明」で示すような同一断面を持つ模型の断面を風洞試験する場合に使用する風洞試験装置である。
「図２の５」は模型全体を示している。
「図２の６」は模型の断面を斜線で示し、「図２の５」は全て「図２の６」で示した断面と同じ断面を有している。
「図２の７」は「図２の５」で示す模型の長さを示し、「図２の７」は無限の長さとした場合、代表断面での流体の流れを全体の流体の流れとすると仮定して実施するのが２次元空間の風洞試験である。
【００１７】
「実施例１」は、コンピューターの仮想空間へＸＹ平面を定義し、ＸＹ平面へ風洞を定義する。
２次元空間の風洞試験装置であるので、「図２の６」で示す断面を風洞試験を行う形状を表現した風洞試験模型とすることができる。
風洞試験を行う形状を表現した風洞試験模型は「図２の６」で示す断面であればよいので、風洞試験を行う形状を表現した風洞試験模型として模型の断面を表現した画像データを風洞試験模型とすることができる。
以後の説明では、「風洞試験を行う形状を表現した風洞試験模型として模型の断面を表現した画像データ」を「風洞模型」と呼ぶ。
【００１８】
図１の「データ入力部２」は、風洞試験を行う模型の形状を定義したデータを入力する。「図１の２」の「データ入力部」は、「風洞試験を行う形状を表現した風洞試験模型として模型の断面を表現した画像データ」である「風洞模型」を入力し、
画像データをコンピューターの記憶メモリへ保存する。
【００１９】
図３は「図２の６」で示した断面を説明した「同一断面を持つ模型の断面の画像の説明」を示している。画像データは２次元データであるので、コンピューターのメモリー空間へ定義した図３で示したＸＹ平面へ定義することが出来る。「図３の８」は画像データの風洞模型である。風洞模型を定義した画像データは、光の３原色であるＲＧＢ値で定義されているので、一例として、風洞模型のＲＧＢ値をゼロ以上の値とし、風洞模型の背景のＲＧＢ値をゼロとすると、画像を構成するピクセル（画素）単位に風洞模型であるか、背景であるかの判断を行うことができる。背景のＲＧＢ値に範囲を設定すると中間色であっても背景と風洞模型の区別を判断できる。
【００２０】
図４は「画像風洞模型のＸＹ平面座標の説明」を示している。
画像で定義された風洞模型はＸＹ平面へ定義しているので、風洞模型を構成するピクセルはＸＹ平面の座標値として定義できる。
「図４の８」は「図３の８」と同一であり風洞模型を示している。「図４のＰｎ」は風洞模型８を構成するピクセルの１ピクセルを示している。風洞模型はＸＹ平面に定義されているので、「図４のＰｎ」は座標値（Ｘｎ，Ｙｎ）で示すことができる。
風洞模型の形状定義は、「図１の２」の「データ入力部」でマウスなどの座標入力装置により座標値を入力して風洞模型を定義しても良い。
【００２１】
図５は「粒子間に働く万有引力の説明」を示した図である。
「図５の９」と「図５の１０」は質量を持つ粒子で、
「図５の１１」は、粒子９と粒子１０の距離を示している。
「図５の１２」は粒子９に働く引力であり、
「図５の１３」は粒子１０に働く引力を示し、
同じ大きさの力が反対向きに引き付ける力が働いている。
粒子９の質量をＭとし、
粒子１０の質量をｍとし、
粒子間の距離をｒとすると、
粒子間に働く引力Ｆは、下記の数式１によって求まるということが数学的にすでにわかっている。
【００２２】
【数１】
2019138846.tif 000003
【００２３】
原子間の引力と斥力により働く分子力は、下記の数式２のレナード＝ジョーンズ・ポテンシャルの数式Ｕ（ｒ）によって求まるということが数学的にすでにわかっている。
【００２４】
【数２】
2019138846.tif 000004
【００２５】
数式２のｑは、引力を計算する項目の次数を示し、数式２のｐは、斥力を計算する項目の次数を示している。レナード＝ジョーンズ・ポテンシャルの数式では、
ｑ＝６、
ｐ＝１２
とした計算を実施するのが一般的である。ｐとｑは計算モデルにより選択した数値を用いることができる。
レナード＝ジョーンズ・ポテンシャルの式から引力と斥力は距離のｎ乗（ｎは整数）に反比例することが分かっている。
【００２６】
図６は「相互干渉粒子力の説明」を示した図である。
「図６の１４」と「図６の１５」は相互干渉粒子を示し、「図６の１６」は相互干渉粒子１４と相互干渉粒子１５の間の距離を示している。「図６の１７」は、相互干渉粒子１４が相互干渉粒子１５から受ける引き付ける力（以後、「引き付け力」と呼ぶ）を示し、「図６の１８」は、相互干渉粒子１４は相互干渉粒子１５から反発する力（以後、「斥力」と呼ぶ）を示している。
相互干渉粒子は「引き付け力」と「斥力」を受けると定義する。相互干渉粒子は、流体を構成する気体や液体の分子の代わりに使用し、相互干渉粒子により流体を定義する仮想粒子である。相互干渉粒子は分子よりも大きく、分子間距離よりも十分離れている粒子として定義する。
以後、相互干渉粒子と他の相互干渉粒子との間に働く力を「相互干渉粒子力」と呼ぶ。
相互干渉粒子力を、下記の数式３により定義する。
【００２７】
【数３】
2019138846.tif 000005
【００２８】
数式３の斥力項の次数ｓは「斥力」の大きさに影響を与え、引き付け力項の次数ｔは
「引き付け力」の大きさに影響を与える。「引き付け力」と「斥力」の影響は次数ｔと次数ｓにより決定されるので、次数ｔと次数ｓの値を選択することで相互干渉粒子の相互干渉粒子力が影響する性質を変更することができる。
本実施例では、相互干渉粒子は分子よりも大きく、分子間距離よりも十分離れている粒子として定義するので、数式３において、ｓ＝４としｔ＝２として計算する。
下記に示す数式４は、
数式３のｓ＝４とし
数式３のｔ＝２とした
数式を示している。
【００２９】
【数４】
2019138846.tif 000006
【００３０】
数式４において、「引き付け力」は相互干渉粒子間距離（Ｌ）の２乗に反比例し、
「斥力」は相互干渉粒子間距離（Ｌ）の４乗に反比例すると定義する。
距離（Ｌ）が大きくなると「斥力」と「引き付け力」はゼロに近い値となる。
本実施例では、相互干渉粒力を効率的に計算を実施するために、
「斥力」と「引き付け力」が十分にゼロに近くなる値となった場合はゼロとみなして計算を省略する。
【００３１】
図７は「相互干渉粒子の構造説明」を示した図である。
「図７の１９」は相互干渉粒子を示し、半径Ｒ１の大きさがある。
「図７の２０」は、「斥力」が十分ゼロに近づき「斥力」の値を無視できる境界線を示し、
「図７の２０」は、相互干渉粒子１９の中心から半径Ｒ２の大きさの領域がある。
以後、「図７の２０」の領域を「斥力有効領域」と呼ぶ。
「図７の２１」は、引き付けが十分ゼロに近づき「引き付け力」の値を無視できる境界線を示し、「図７の２１」は、相互干渉粒子１９の中心から半径Ｒ３の大きさの領域がある。
以後、「図７の２１」の領域を「引き付け力有効領域」と呼ぶ。
「斥力有効領域」へ他の相互干渉粒子の中心が存在する場合のみ「斥力」を計算し、
「引き付け力有効領域」へ他の相互干渉粒子の中心が存在する場合のみ「引き付け力」の計算を実施する。
【００３２】
図８は「相互干渉粒子へ作用する力の成分ベクトルの説明」を示した図である。
「図８の２２」は相互干渉粒子を示し、相互干渉粒子２２へ働く力の成分ベクトルを示している。
「図８のＦ1」は、Ｘ軸の正方向のベクトル成分であり、
「図８のＦ2」は、Ｘ軸の負方向のベクトル成分であり、
「図８のＦ3」は、Ｙ軸の正方向のベクトル成分であり、
「図８のＦ4」は、Ｙ軸の負方向のベクトル成分である。
相互干渉粒子へ働く力は、Ｘ軸とＹ軸方向のベクトル成分へ分解して表現し、ベクトル成分の合成ベクトルを計算することで相互干渉粒子の移動方向と単位時間当たりの移動距離を計算できる。
Ｆ2へ一定の力が加わるように設定すると、流体の粘性を表現し、Ｆ4へ一定の力が加わるように設定すると、重力による力を表現することができる。
【００３３】
図９は「コンピューターのメモリー空間へ定義した風洞の説明」を示した図である。
「図９の２３」は、図１の「相互干渉粒子の計算部３」へ定義した風洞であり、コンピューターのメモリー空間のＸＹ平面へ定義した風洞を示している。
風洞２３は、Ｘ軸と平行な線とＹ軸と平行な線により細かく正方形に区切られている。
「図９の２４」は、細かく区切られた正方形の１つを示し、コンピューターのディスプレイの１ピクセルに相当する。
「図９のＰ１」は、「図４のＰｎ」を図９の風洞２３のＸＹ平面へ定義した状態を示し、図４のＸＹ平面座標を図９のＸＹ平面座標へ移行することで、図４のＰｎ（Ｘｎ，Ｙｎ）の値を図９のＰ１（Ｘ１，Ｙ１）と設定する。
図４に示された画像データの全てのピクセルに対して対応する図９の座標へ値を設定することで図４で定義されている風洞模型を図９の風洞２３へ定義することができる。
【００３４】
図１０は「相互干渉粒子力による流体圧力の説明」を示した図である。
流体圧力は、例えば、流体が空気であれば気圧に相当する。
「図１０の２７と２８と２９と３０と３１と３２と３３と３４と３５」は相互干渉粒子を示し、全ての相互干渉粒子はＸ軸方向とＹ軸方向が等間隔になるように配置され、全て相互干渉粒子は同じ「斥力」と同じ「引き付け力」がある。
「図１０の２５」は、相互干渉粒子３１の「斥力有効領域」を示し、
「図１０の２６」は、相互干渉粒子３１の「引き付け力有効領域」を示している。
相互干渉粒子３１は「斥力有効領域」と「引き付け力有効領域」にある相互干渉粒子から図６と数式４で示した相互干渉粒子力を受ける。
「図１０のＦ1とＦ2とＦ3とＦ4」は、相互干渉粒子３１へ働く相互干渉粒子力のベクトル成分を示している。
「図１０のＦ1」は、相互干渉粒子２７と２８と２９と３０と３１と３２と３３と３４と３５から受ける相互干渉粒子力のＸ軸正方向のベクトル成分を示し、
「図１０のＦ2」は、相互干渉粒子２７と２８と２９と３０と３１と３２と３３と３４と３５から受ける相互干渉粒子力のＸ軸負方向のベクトル成分を示し、
「図１０のＦ3」は、相互干渉粒子２７と２８と２９と３０と３１と３２と３３と３４と３５から受ける相互干渉粒子力のＹ軸正方向のベクトル成分を示し、
「図１０のＦ4」は、相互干渉粒子２７と２８と２９と３０と３１と３２と３３と３４と３５から受ける相互干渉粒子力のＹ軸負方向のベクトル成分を示している。
図１０のように、相互干渉粒子を等間隔に配置した場合、相互干渉粒子３１へ働く相互干渉粒子力のベクトル成分は全て同じ大きさとなる。
図１０に於いて、相互干渉粒子３１へ働く「斥力」が「引き付け力」よりも大きいと仮定すると相互干渉粒子３１へ働くベクトルの向きは、相互干渉粒子３１の中心へ向かう方向を取り、力が均衡し、図１０のＦ1とＦ2とＦ3とＦ4の合成ベクトルはゼロとなる。
図１０は、相互干渉粒子３１へ周囲の相互干渉粒子から圧力を受けているが、相互干渉粒子３１は静止している状態を示している。
【００３５】
図１１は「風洞が相互干渉粒子により満たされている状態の説明」を示した図である。
「図１１の３６」は、コンピューターのメモリー空間へ定義した風洞を示している。
「図１１の３７」は、風洞を満たしている円形で示されている相互干渉粒子の１つを示していている。「図１１の３８」は「斥力有効領域」であり、「図１１の３９」は「引き付け力有効領域」である。
「図１１の４０」は、相互干渉粒子３７を中心とした六角形を示し、六角形の各頂点へ他の相互干渉粒子が存在している。
「図１１の４１と４２」は、相互干渉粒子であり、相互干渉粒子４１を中心として六角形の頂点に相互干渉粒子４２が存在する。互干渉粒子４２を中心として六角形の頂点頂点に相互干渉粒子４１が存在する。
図１１に示した相互干渉粒子は、同じ大きさの六角形の中心に存在し、六角形の各頂点に他の互干渉粒子が存在する構造になっている。この構造は、相互干渉粒子へ働く力が均衡している状態になっている。
図１１は相互干渉粒子による流体の安定した構造を示している。図１１は、風洞内に相互干渉粒子により満たされ、全ての相互干渉粒子の「斥力」と「引き付け力」が均衡している状態を示し、「斥力有効領域」内に近接する相互干渉粒子が存在しているので、図１１で示した風洞は、相互干渉粒子で構成された流体により圧力を生じ、全ての相互干渉粒子が静止して平衡状態にあることを示している。
【００３６】
下記に示す数式５は、ニュートン力学の力を定義した公式である。「運動の変化は物体に与えられた力に比例する」ことは数学的に分かっている。
数式５に於いて、物体の質量ｍを１とした場合、力は単位時間当たりの物体の移動距離と等しくなる。
以後の説明に於いて、相互干渉粒子の質量を１とし、相互干渉粒子へ働く力のベクトルを矢印で記載し、矢印の長さが相互干渉粒子の単位時間当たりの移動距離を示し、矢印の方向を相互干渉粒子の移動方向として記載する。
【００３７】
【数５】
2019138846.tif 000007
【００３８】
図１２は、「相互干渉粒子による整流の説明」を示した図である。
図１２は、図１１と同じ図であり、
「図１２の３６」と「図１１の３６」は同一であり、
「図１２の３７」と「図１１の３７」は同一である。
図１１と図１２の異なる条件は、図１２に示す円形で示した全ての相互干渉粒子に対し、Ｘ軸と平衡の力「図１２の４３」が初期値として与えられていることである。
以後、「図１２の４３」に示す相互干渉粒子に働くベクトルを移動ベクトルと呼ぶ。
図１２に於いて、
全ての相互干渉粒子へ働く「斥力」と「引き付け力」は均衡していて、移動ベクトル４３が与えられているので、
全ての相互干渉粒子は、移動ベクトル４３の矢印の方向へ矢印の大きさだけ移動する。
斜線で示した「図１２の４４」は、風洞３６へ流体が流れ込む入り口を示し、
斜線で示した「図１２の４５」は、風洞３６から流体が流れ出る出口を示している。
【００３９】
図１３は、「相互干渉粒子の生成と削除による整流の説明」を示した図である。図１３は図１２の全ての相互干渉粒子が、移動ベクトル４３により移動した状態を示していて、
「図１３の３６」と「図１２の３６」は同一であり、
「図１３の４４」と「図１２の４４」は同一であり、
「図１３の４５」と「図１２の４５」は同一である。
相互干渉粒子が移動すると、「図１２の４４」の領域に相互干渉粒子が存在しない状態になる。入り口４４の領域へ相互干渉粒子を定義することで、図１１で示した六角構造を作る条件が成立した場合に入り口４４へ新しい相互干渉粒子を定義する。
「図１３の４４」の領域内の破線で示した円形（例えば４６）は、新しく相互干渉粒子を定義する位置を示している。
相互干渉粒子が出口４５へ移動した場合（例えば相互干渉粒子４７）、出口４５の領域内にある全ての相互干渉粒子をメモリー空間から削除する。
入り口４４での相互干渉粒子の生成と相互干渉粒子の移動と出口４５での相互干渉粒子の削除を繰り返すことで、入り口４４から出口４５へ流れる相互干渉粒子による整流を作ることができる。
【００４０】
図１４は、「メモリー空間の風洞へ風洞模型となる画像を重ねた状態の説明」を示した図である。
「図１４の４８」は「図９の２３」の風洞を示している。
「図１４の４９」は「図４の８」の画像による風洞模型を示している。
図１４は、風洞模型４９をＸＹ平面へ定義した風洞４８のピクセル座標と重ね、風洞模型４９をＸＹ平面座標で表現するために、ＸＹ平面へ風洞模型４９を重ねた状態を示している。
【００４１】
図１５は、「メモリー空間の風洞へ風洞模型を定義した説明」を示した図である。
「図１５の４８」は「図１４の４８」と同一である。
「図１５の５０」は「図１４の４９」を風洞４８のピクセルにより定義した風洞模型を示している。
【００４２】
図１６は、「メモリー空間の風洞模型と相互干渉粒子を定義した説明」を示した図である。「図１６の４８」は「図１５の４８」と同一であり、
「図１６の５０」は「図１５の５０」と同一であり、
図１６は、図１５へ「図１６の５１」の相互干渉粒子を加えた状態を示している。
図１６は、相互干渉粒子を５１が風洞模型５０と接触している状態を示している。
以後、メモリー空間へ定義した風洞について、
「相互干渉粒子」を黒塗りの円で示し、
「風洞模型の１ピクセル」を黒塗りの四角形で示し、
「何も定義されていないメモリー」を白塗りの四角形で示す。
【００４３】
図１７は、「風洞模型へ衝突した相互干渉粒子が移動する方向を決定する方法の説明」を示した図である。
図１７は図１６の相互干渉粒子と風洞模型が衝突している箇所を拡大表示したものである。本実施例では、相互干渉粒子は風洞模型から「斥力」と「引き付け力」を受けないとして説明する。通常、流体が物体に衝突した場合、衝突面の傾斜に従って流体は進む方向が変更される。物体の傾斜は角度計算が必要であり、斜面の傾斜が明確になっている必要がある。流体が進行方向と直交した面と衝突した場合や進行方向を軸として、進行方向を軸に対称の形状である場合は、傾斜角度により流体の進む方向を決定することができない場合が存在する。
図１７の相互干渉粒子５２は、周囲の相互干渉粒子の干渉を受けてた結果として、Ｘ軸と平行に移動し、Ｐ２で風洞模型５３と衝突している。この場合、Ｐ２と接触している風洞模型はＰ２の進行方向と直交する面であるため、風洞模型の傾斜によりＰ２の進行方向を変更する計算を行えない状態にある。
【００４４】
下記の数式６は、物体が流体から受ける抗力（抵抗）Ｄを計算する公式であり、数学的に分かっている。数式６から、抗力Ｄは物体の断面積Ｓに比例することが分かる。数式６の断面積Ｓは、流体の進行方向と直角に交わる断面積である。流体は抗力（抵抗）の少ない方向へ流れる性質があることは物理学的にすでにわかっている。
【００４５】
【数６】
2019138846.tif 000008
【００４６】
「図１７の５２」は、相互干渉粒子であり、相互干渉粒子５２が単位時間に進み「図１７のＰ２」へ移動し、「図１７の５３」の風洞模型へ衝突した状態を示している。
相互干渉粒子Ｐ２のＸＹ平面での座標値は（Ｘ２，Ｙ２）である。
Ｐ２は、Ｘ軸と平行に移動しているので、Ｐ２が風洞模型５３へ与える抵抗は、風洞模型５３の断面積により決定でき、断面は、Ｙ軸と平行な面である。
図１７に於いて、
「図１７の直交線Ａ」は、Ｐ２´（Ｘ２＋１，Ｙ２）を通り、相互干渉粒子Ｐ２が移動する直線と直交する線を示している。「図１７の直交線Ｂ」は、Ｐ２´´（Ｘ２＋２，Ｙ２）を通り、相互干渉粒子Ｐ２が移動する直線と直交する線を示している。
「図１７の５４」は、交点Ｐ２´（Ｘ２＋１，Ｙ２）からＹ軸正方向の風洞模型の境界までの距離を示し、「図１７の５５」は、交点Ｐ２´（Ｘ２＋１，Ｙ２）からＹ軸負方向の風洞模型の境界までの距離を示している。風洞５３の厚みが一定とすると、「図１７の５４」と「図１７の５５」で示される距離は断面と比例するので、
「図１７の５４」と「図１７の５５」の距離の長さは、風洞５３を直交線Ａにより切断された断面と比例する。「図１７の５４」は「図１７の５５」よりも距離が短い。従って、相互干渉粒子Ｐ２は抵抗が小さい「図１７の５６」で示した矢印の方向へ移動すると決定できる。
「図１７の５４」と「図１７の５５」の距離の長さが同じ場合は、Ｐ２´´（Ｘ２＋２，Ｙ２）を通る直交線ＢについてＹ軸方向の風洞模型の境界までの距離を比較する。ｎを正整数とし、座標（Ｘ２＋ｎ，Ｙ２）を原点とし、原点を中心としてＹ軸の正方向とＹ軸の負方向の風洞模型の境界までの距離を比較し、距離が小さい方向へ相互干渉粒子が移動すると決定する。
全ての断面が同じで、断面の大きさに差が生じない場合は、コンピューターの１桁の乱数発生機能を使用し、偶数であればＹ軸の正方向へ移動し、奇数であればＹ軸の負方向へ移動すると決定する。
【００４７】
図１８は、「風洞模型へ衝突した相互干渉粒子の移動経路の決定方法の説明（その１）」を示した図である。
図１８は図１７と同じ状態を示し、
「図１８の５３」と「図１７の５３」は同一であり、
「図１８の５６」と「図１７の５６」は同一であり、
「図１８のＰ２」と「図１７のＰ２」は同一である。
「図１８の５７」は相互干渉粒子Ｐ２へ働いている移動ベクトルを示している。
図１８に於いて、相互干渉粒子Ｐ２はＸＹ座標値（Ｘ２，Ｙ２）にあり、風洞模型５３と衝突している。
図１７の説明から、図１８の相互干渉粒子Ｐ２は矢印５６の方向へ移動方向を変更する。
相互干渉粒子Ｐ２は、風洞模型５３から「斥力」と「引き付け力」を受けないので、風洞模型５３の形状に沿って移動すると定義する。
「図１８の５８」は、「図９の２４」で示した風洞を定義している１ピクセルの辺の長さを示し、「図１８の５９」は、風洞を定義している１ピクセルの対角線の長さを示している。風洞を定義しているピクセルは風洞や風洞模型に対して十分小さい大きさであるので、数学的な考察に従い、「図１８の５８」と「図１８の５９」の長さは、同じ程度の長さとして考えてもよい。
相互干渉粒子Ｐ２は、移動ベクトル５７で移動する。相互干渉粒子Ｐ２は、風洞模型５３と接していなければ、（Ｘ２＋２，Ｙ２）へ進むことになり、相互干渉粒子Ｐ２は２ピクセルの距離を移動する。
風洞模型５３が存在するため、風洞模型５３の形状に沿って２ピクセルの分の距離を移動するので、相互干渉粒子Ｐ２は（Ｘ２＋２，Ｙ２＋２）の座標へ移動すると決定する。
「図１８の６０」は、相互干渉粒子Ｐ２が移動したベクトルを示し、
「相互干渉粒子Ｐ２´」の移動ベクトルとなると決定する。
【００４８】
図１９は、「風洞模型へ衝突した相互干渉粒子の移動経路の決定方法の説明（その２）」を示した図である。
「図１９の６１」は相互干渉粒子Ｐ３へ働いている移動ベクトルを示している。
図１９に於いて、相互干渉粒子Ｐ３はＸＹ座標値（Ｘ３，Ｙ３）にあり、風洞模型６４と衝突している。
相互干渉粒子Ｐ３は、移動ベクトル６１で移動する。相互干渉粒子Ｐ３は、風洞模型６４と接していなければ、（Ｘ３＋２，Ｙ３）へ進むことになり、相互干渉粒子Ｐ３は２ピクセルの距離を移動する。
風洞模型６４が存在するため、風洞模型６４の形状に沿って２ピクセルの分の距離を移動するので、移動経路６２と移動経路６３を経て、相互干渉粒子Ｐ３は（Ｘ３＋１，Ｙ３＋２）の座標へ移動すると決定する。
「図１９の６５」は、相互干渉粒子Ｐ３が移動したベクトルを示し、
「相互干渉粒子Ｐ３´」の移動ベクトルとなると決定する。
【００４９】
図２０は、「風洞模型へ衝突した相互干渉粒子の移動経路の決定方法の説明（その３）」を示した図である。
「図２０の６６」は相互干渉粒子Ｐ４へ働いている移動ベクトルを示している。
図２０に於いて、
相互干渉粒子Ｐ４はＸＹ座標値（Ｘ４，Ｙ４）にあり、風洞模型６９と衝突している。相互干渉粒子Ｐ４は、移動ベクトル６６で移動する。相互干渉粒子Ｐ４は、風洞模型６９と接していなければ、（Ｘ４＋２，Ｙ４）へ進むことになり、相互干渉粒子Ｐ４は２ピクセルの距離を移動する。
風洞模型６９が存在するため、風洞模型６９の形状に沿って２ピクセルの分の距離を移動するので、移動経路６７と移動経路６８を経て、相互干渉粒子Ｐ４は（Ｘ４，Ｙ４＋２）の座標へ移動すると決定する。
「図２０の７０」は、相互干渉粒子Ｐ４が移動したベクトルを示し、
「相互干渉粒子Ｐ４´」の移動ベクトルとなると決定する。
【００５０】
図１７と図１８と図１９と図２０で示した通り、相互干渉粒子は、風洞模型と衝突した場合、図１７で示した断面の面積の小さい方へ移動を変更し、風洞模型の形状に沿って、相互干渉粒子へ働いている移動ベクトルで示された移動距離を移動すると決定する。
【００５１】
図２１は、「相互干渉粒子と風洞模型との剥離と移動方向の決定方法の説明」を示した図である。
「図２１のＰ５」は相互干渉粒子であり、座標（Ｘ５，Ｙ５）であることを示している。
「図２１の７１」は、相互干渉粒子Ｐ５の移動ベクトルのＸ軸成分ベクトルを示し、
「図２１の７２」は、相互干渉粒子Ｐ５の移動ベクトルのＹ軸成分ベクトルを示している。
「図２１の７３」は、相互干渉粒子Ｐ５の移動経路を示し、相互干渉粒子Ｐ５の移動ベクトルを同じであることを示している。
「図２１の７４」は、風洞模型を示している。
移動経路７３は、風洞模型と衝突しないので、移動ベクトルのＸ軸成分ベクトルとＹ軸成分ベクトルの合成したベクトルと一致している。
Ｙ軸成分ベクトル７２は、相互干渉粒子Ｐ５の周囲にある相互干渉粒子からの「斥力」と「引き付け力」に決定される。相互干渉粒子Ｐ５は、Ｐ５´（Ｘ５＋４，Ｙ５−１）へ移動すると決定する。
「図２１の７３」は、相互干渉粒子Ｐ５が移動したベクトルを示し、
「相互干渉粒子Ｐ５´」の移動ベクトルとなると決定する。
「相互干渉粒子Ｐ５´」は、風洞模型７４から離れた状態にあり、流体が風洞模型から剥離した状態を示している。
【００５２】
図２２は、「相互干渉粒子と相互干渉粒子との干渉と移動方向の決定方法の説明」を示した図である。
「図２２の７５と７６」は相互干渉粒子を示し、
「図２２の７７」は相互干渉粒子７５の移動ベクトルを示している。
「図２２の７８」は、相互干渉粒子７６が相互干渉粒子７５へ与えている「斥力」と「引き付け力」により働いている相互干渉粒子力のベクトルを示し、
「図２２の７９」は、相互干渉粒子力ベクトル７８のＹ軸方向の成分ベクトルを示している。
説明を簡略化するため、相互干渉粒子７５が相互干渉粒子７６以外の相互干渉粒子から力が働いていないとする。「図２２の８０」は、相互干渉粒子７５へ働くベクトル７７とベクトル７９の合成ベクトルとなる。「図２２の７５´」は、相互干渉粒子７５が合成ベクトル８０により移動した状態を示している。
相互干渉粒子は、「斥力有効領域」と「引き付け力有効領域」の内部にある他の相互干渉粒子から受ける力をベクトル合成することで、移動先の座標を決定することができる。
合成ベクトル８０は、「相互干渉粒子７５´」の移動ベクトルとなると決定する。
【００５３】
相互干渉粒子は、風洞模型の形状や他の相互干渉粒子から受ける力により移動方向を決定し、合成ベクトルが移動後の相互干渉粒子の移動ベクトルとなることで、相互干渉粒子が減速したり加速する動作を作り出す。
移動ベクトルの大きさや方向により、周囲の相互干渉粒子から受ける力の大きさや方向により相互干渉粒子により作られる流体に乱れを生み出し、相互干渉粒子による乱流や停滞流や回転流を生み出す。
【００５４】
図２３は、「相互干渉粒子を流体とした風洞試験装置の表示例」を示した図である。
「図２３の８１」は、コンピューターのメモリー空間へ上記説明の風洞を示し、
「図２３の８２」は風洞模型を示している。
風洞８１の内部にあるドット（例えば８３で示されたドット）は相互干渉粒子を示している。図２３は、コンピューターのメモリー空間へ風洞８１を作成し、風洞内部へ相互干渉粒子により流体を定義し、風洞模型８２の風洞試験を実施し、時間と共に相互干渉粒子が風洞内部を流れている様子を表示した一例である。
【００５５】
図２４は、「風洞模型のデザインを変更した風洞試験の表示例」を示した図である。
「図２４の８１」は「図２３の８１」と同一であり、
「図２４の８２」は「図２３の８２」と同一である。
図２４は、図２３で示した風洞試験を実施しながら、「図２４の８４」の自由曲線を座標入力装置のマウスを使用して、風洞座標を入力し自由曲線を風洞模型の一部として追加した状態を示している。追加した自由曲線８４は、風洞模型８２の追加した風洞模型の境界線として定義したことになり、相互干渉粒子は、自由曲線８４を含む風洞模型に対して、相互干渉粒子による流体の流れが変化することで風洞試験を実施し、時間と共に相互干渉粒子が風洞内部を流れている様子を表示した一例である。自由曲線の代わりに、直線や曲線や四角形などの図形により風洞模型の形状を変更しても良い。
本風洞試験装置は、風洞試験を実施しながら風洞模型の形状を変更することで、形状の変更に伴う流体の流れを時間変化と共に観察できる特徴がある。
【００５６】
図２５は相互干渉粒子を用いた風洞試験装置のプロセスを示した流れ図である。
「図２５のＳ１」は、コンピューターのメモリー空間へ風洞を定義するメモリーを確保する。「図２５のＳ２」で、風洞試験を実施する風洞模型となる画像データを入力する。
「図２５のＤ１」は、外部記憶装置で、「図２５のＤ２」は、マウスなどの座標入力装置である。入力する画像データは、「図２５のＤ１」で保管されている画像データファイルを読み込む。或いは、「図２５のＤ２」の座標入力装置により風洞模型の形状を座標値として入力して風洞模型の形状を入力してもよい。
【００５７】
「図２５のＳ３」は、Ｓ２で入力した画像データを風洞模型として識別し、Ｓ１で確保した風洞のメモリーへ風洞模型データのピクセルとして定義する。Ｓ２で入力した画像データは、背景色と異なる色を風洞模型として認識し、図４で示したメモリー空間へＸＹ座標値を指定して風洞模型データとして定義する。
「図２５のＳ４」は、風洞試験を実施中に風洞模型の形状変更を実施するかを判断する。
「図２５のＳ５」は、風洞試験を実施中に風洞模型の形状変更する場合に、座標入力装置Ｄ２から座標値を読み込む。
「図２５のＳ６」は、Ｓ５で読み込んだ座標値を使用して風洞模型の形状を変更する。
「図２５のＳ７」は、「図１２の４４」で示した領域に相互干渉粒子を定義する空き領域が存在するかを判断する。空き領域が存在する場合は、「図２５のＳ８」で、メモリー空間へ定義した風洞へ相互干渉粒子を定義する。
【００５８】
メモリー空間の風洞内へ定義した全ての相互干渉粒子に対して、「図２５のＳ９」で、相互干渉粒子が移動できる場所を上記説明に従って決定する。
「図２５のＳ１０」は、メモリー空間の風洞のＸＹ平面において、Ｓ９で決定した相互干渉粒子の移動先へ相互干渉粒子を移動させる。
「図２５のＳ１１」は、Ｓ１０で相互干渉粒子が移動することでメモリー空間の風洞の外へ移動するかを判断する。
「図２５のＳ１２」は、相互干渉粒子がメモリー空間の風洞の外へ移動する相互干渉粒子が存在する場合、メモリー空間の風洞の外へ移動する相互干渉粒子を削除する。
「図２５のＳ１３」は、メモリー空間のＸＹ平面に定義した風洞に定義した風洞模型と相互干渉粒子の座標を使用して、表示装置へ表示する。
【００５９】
「図２５のＳ１４」は、相互干渉粒子の移動計算を継続するかを判断する。風洞試験装置の観測者が相互干渉粒子の移動計算を中止することを指示する命令を入力した場合に相互干渉粒子の移動計算を中止する。相互干渉粒子の移動計算を継続する場合は、「図２５のＳ４」へ戻り、上記動作を繰り返し実施する。相互干渉粒子の移動計算を繰り返すことで、相互干渉粒子の移動の時間変化を観測することができる。相互干渉粒子の移動計算を中止することで風洞試験を終了する。
【００６０】
以上の説明により、「相互干渉粒子を使用した風洞試験装置」は、空気や水で作られる流体の代わりに相互干渉粒子を用いて流体を定義することで、コンピューターのメモリー空間へ風洞試験装置を作成し、画像データを風洞模型の代わりとして用いることで、安価で短時間に風洞試験を実施することを実現した。
【実施例２】
【００６１】
実施例２は、コンピューターのメモリー空間へ、実施例１で示した２次元のＸＹ平面へ定義した風洞試験装置を３次元のＸＹＺ空間へ定義した風洞試験装置について記載する。
図２６は「ＸＹＺ空間における相互干渉粒子の構造説明」を示した図である。
図２６は、実施例１の図７で示した相互干渉粒子構造を３次元へ定義するための構造を示している。
「図２６の８５」は球体で定義した相互干渉粒子を示し、「図２６の８６」は相互干渉粒子８５の「斥力有効領域」を球体として定義した状態を示し、「図２６の８７」は相互干渉粒子８５の「引き付け力有効領域」を球体として定義した状態を示している。
【００６２】
図２７は「ＸＹＺ空間の相互干渉粒子へ作用する力の成分の説明」を示した図である。
図２７は、実施例１の図８で示した相互干渉粒子へ作用する力の２次元空間のベクトル成分を３次元空間へ拡張したベクトル成分を示している。
「図２７の８８」は、３次元空間における相互干渉粒子を示し、
「図２７のＦ1」は、「図８のＦ1」と同一であり、Ｘ軸の正方向のベクトル成分であり、
「図２７のＦ2」は、「図８のＦ2」と同一であり、Ｘ軸の負方向のベクトル成分であり、
「図２７のＦ3」は、「図８のＦ3」と同一であり、Ｙ軸の正方向のベクトル成分であり、
「図２７のＦ4」は、「図８のＦ4」と同一であり、Ｙ軸の負方向のベクトル成分であり、
「図２７のＦ5」は、Ｚ軸の正方向のベクトル成分であり、
「図２７のＦ6」は、Ｚ軸の負方向のベクトル成分である。
相互干渉粒子へ働く力は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向のベクトル成分へ分解して表現し、３次元ベクトル成分の合成ベクトルを計算することで相互干渉粒子の移動方向と単位時間当たりの移動距離を計算できる。
【００６３】
図２８は「ＸＹＺメモリー空間へ風洞を定義した説明」を示した図である。
「図２８の８９」は、ＸＹＺメモリー空間へ定義した立方体の風洞を示している。
「図２８の９０」は、細かく区切られた立方体の１つを示し、風洞模型を定義する３次元立方体ピクセルを示している。
「図２８のＰ６」は、座標（Ｘ６，Ｙ６，Ｚ６）で示した３次元立方体ピクセルを示し、
Ｐ６（Ｘ６，Ｙ６，Ｚ６）は、３次元グラフィックスの計算方法である投影図を投影面へ作成することでコンピューターのディスプレイへ表示することができる。３次元グラフィックスの計算方法は、数学的に分かっている。
【００６４】
図２９は「ＸＹＺメモリー空間の風洞へ風洞試験を行う模型を定義した説明」を示した図である。
図２９は何も定義されていない３次元立方体ピクセルの表示を省略した図であり、
「図２９の９１」は、３次元立方体ピクセルにより風洞模型を定義した状態を示している。
「図２９の９２」は、相互干渉粒子を示し、風洞模型と衝突している状態を示している。
風洞模型は、実施例１の図１５で示した画像データをＺ軸方向へ複数重ねて定義することで立体の風洞模型を定義できる。風洞模型は、ＸＹＺ座標値を入力し、風洞模型として３次元立方体ピクセルを風洞データとして定義することで立体の風洞模型を定義することができる。
【００６５】
図３０は「ＸＹＺメモリー空間の風洞模型へ衝突した相互干渉粒子の移動経路の決定方法の説明」を示した図である。
図３０は、実施例１の図１７で示した風洞模型へ衝突した相互干渉粒子の移動経路の決定方法を３次元の風洞模型での相互干渉粒子の移動経路の決定方法へ拡張した状態を示している。
「図３０の９５」は、「図２９の９２」を通るＸＹ断面図を示している。
「図３０の９３」は、図２９の相互干渉粒子９２の断面を示し、Ｘ軸と平行でＸ軸の正方向へ移動している。
「図３０の９４」は、図２９の風洞模型９１の断面を示している。
実施例１では、相互干渉粒子が風洞模型と衝突した場合、相互干渉粒子が進行方向と直交する風洞模型断面について、相互干渉粒子が風洞模型と衝突した点を中心として、不均一となる断面の小さい方向へ相互干渉粒子が移動すると定義した。
図３０に於いて、相互干渉粒子９３の座標を（Ｘ７，Ｙ７，Ｚ７）とすると、
「図３０の９６」は、（Ｘ７＋１，Ｙ７，Ｚ７）を通るＹＺ断面で、以後の説明でＣ断面とし、「図３０の９８」は、（Ｘ７＋２，Ｙ７，Ｚ７）を通るＹＺ断面で、以後の説明でＤ断面とする。
相互干渉粒子９３は、風洞模型と座標（Ｘ７，Ｙ７，Ｚ７）で衝突する。
相互干渉粒子９３の進行方向と直交する風洞模型の断面は２次元平面のＣ断面となる。
「図３０の９７」は、相互干渉粒子９２と風洞模型との衝突点を示している。
衝突点を通る直線で、衝突点を中心として不均一となる風洞模型の境界線までの距離が小さい方向へ相互干渉粒子が移動方向すると定義する。
Ｃ断面は、衝突点９７を中心として対称で、衝突点から風洞模型の境界線までの距離が同じになる。
この場合、実施例１と同様に、相互干渉粒子が進む方向へ１つシフトし、Ｄ断面の衝突点から風洞模型の境界線までの距離が不均一を調べる。
「図３０の９８」Ｄ断面を示したＹＺ断面を示している。
「図３０の９９」は衝突点９７を相互干渉粒子が進む方向へ１つシフトした衝突点を示している。
衝突点９９を中心として、Ｄ断面の不均一となる風洞模型の境界線までの距離の内、最小となるのは、「図３０の１００」で示した矢印の方向である。
相互干渉粒子９２は、方向１００へ移動方向を変更すると決定する。
【００６６】
図３０の相互干渉粒子９３は、方向１００への変更は、実施例１の図１７と図１８と図１９と図２０の説明で使用した２次元ベクトル計算を３次元ベクトルの計算へ拡張しベクトル計算を実施することで相互干渉粒子の移動経路を決定することができ、移動経路は、実施例１の図１７と図１８と図１９と図２０の説明で使用した四角形で示したピクセルを３次元立方体ピクセルへ置き換えて移動経路を決定することができる。
【００６７】
実施例１の図２１の説明で使用した２次元ベクトル計算を３次元ベクトルの計算へ拡張しベクトル計算を実施することで、相互干渉粒子と風洞模型との剥離する移動経路を決定することができる。実施例１の図２２の説明で使用した２次元ベクトル計算を３次元ベクトルの計算へ拡張しベクトル計算を実施することで、相互干渉粒子と相互干渉粒子との干渉による相互干渉粒子の移動経路を決定することができる。
【００６８】
以上の説明により、３次元空間の「相互干渉粒子を使用した風洞試験装置」は、実施例１の２次元空間の風洞を実施例２の３次元空間へ適用することで、球体の相互干渉粒子の「斥力有効領域」と「引き付け力有効領域」により、相互干渉粒子が互いに干渉する力は、３次元ベクトル計算により計算でき、３次元空間の風洞試験を実施することを実現した。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
風洞試験の専門知識を持たないデザイナーや技術者などが、風洞模型の代わりにデザイン画の画像データを風洞模型として風洞試験できる長所があり、画像データを風洞模型として扱うことが可能となり、製品開発の企画段階でデザインした画像データを風洞模型の代わりに使用することで、安価な風洞試験を繰り返し実施することで、製品開発の初期段階で風洞試験を実施できるようになった。
【符号の説明】
【００７０】
１    本発明を適用した相互干渉粒子を使用した風洞試験装置
２    データ入力部
３    相互干渉粒子の計算部
４    風洞試験の表示部
５    同一断面を持つ模型
６    同一断面を持つ模型の断面
７    同一断面を持つ模型の長さ
８    同一断面を持つ模型の断面の画像
９    粒子９
１０  粒子１０
１１  粒子間の距離
１２  粒子９に働く引力
１３  粒子１０に働く引力
１４  相互干渉粒子１４
１５  相互干渉粒子１５
１６  相互干渉粒子１４と相互干渉粒子１５との距離
１７  相互干渉粒子１４が相互干渉粒子１５から受ける引き付ける力
１８  相互干渉粒子１４は相互干渉粒子１５から反発する力
１９  相互干渉粒子１９
２０  斥力有効領域
２１  引き付け力有効領域
２２  相互干渉粒子２２
２３  コンピューターのメモリー空間へ定義した風洞２３
２４  コンピューターのメモリー空間へ定義した風洞のピクセル
２５  斥力有効領域
２６  引き付け力有効領域
２７  相互干渉粒子２７
２８  相互干渉粒子２８
２９  相互干渉粒子２９
３０  相互干渉粒子３０
３１  相互干渉粒子３１
３２  相互干渉粒子３２
３３  相互干渉粒子３３
３４  相互干渉粒子３４
３５  相互干渉粒子３５
３６  コンピューターのメモリー空間へ定義した風洞３６
３７  相互干渉粒子３７
３８  相互干渉粒子３７の斥力有効領域
３９  相互干渉粒子３７の引き付け力有効領域
４０  相互干渉粒子３７の周囲に配置する相互干渉粒子の六角形配置
４１  相互干渉粒子４１
４２  相互干渉粒子４２
４３  相互干渉粒子３７の移動ベクトルの初期値
４４  風洞３６の流体入り口
４５  風洞３６の流体出口
４６  相互干渉粒子４６
４７  相互干渉粒子４７
４８  コンピューターのメモリー空間へ定義した風洞４８
４９  風洞模型となる画像
５０  メモリー空間の風洞へ定義した風洞模型
５１  相互干渉粒子５１
５２  相互干渉粒子５２
５３  メモリー空間の風洞へ定義した風洞模型
５４  風洞模型の断面５４
５５  風洞模型の断面５５
５６  相互干渉粒子が進路変更する方向
５７  相互干渉粒子の移動ベクトル５７
５８  ピクセルの辺の長さ
５９  ピクセルの対角線の長さ
６０  相互干渉粒子が風洞へ衝突した後の移動ベクトル６０
６１  相互干渉粒子の移動ベクトル６１
６２  相互干渉粒子の移動経路６２
６３  相互干渉粒子の移動経路６３
６４  風洞模型６４
６５  相互干渉粒子が風洞へ衝突した後の移動ベクトル６５
６６  相互干渉粒子の移動ベクトル６６
６７  相互干渉粒子の移動経路６７
６８  相互干渉粒子の移動経路６８
６９  風洞模型６９
７０  相互干渉粒子が風洞へ衝突した後の移動ベクトル７０
７１  相互干渉粒子の移動ベクトルのＸ軸成分ベクトル７１
７２  相互干渉粒子の移動ベクトルのＹ軸成分ベクトル７２
７３  相互干渉粒子の移動経路７３
７４  風洞模型７４
７５  相互干渉粒子７５
７６  相互干渉粒子７６
７７  相互干渉粒子７５の移動ベクトル
７８  相互干渉粒子７６が相互干渉粒子７５へ与えている「斥力」と「引き付け力」により働いている力ベクトル
７９  力ベクトル７８のＹ軸方向の成分ベクトル
８０  相互干渉粒子７５へ働くベクトル７７とベクトル７９の合成ベクトル
８１  コンピューターのメモリー空間へ定義した風洞
８２  風洞模型８２
８３  相互干渉粒子
８４  風洞模型の形状を変更した風洞模型の境界線
８５  ３次元空間で定義した球体の相互干渉粒子
８６  ３次元空間で定義した球体の相互干渉粒子８５の斥力有効領域
８７  ３次元空間で定義した球体の相互干渉粒子８５の引き付け力有効領域
８８  ３次元空間で定義した球体の相互干渉粒子
８９  ３次元空間で定義した風洞
９０  ３次元空間で定義した３次元立方体ピクセル
９１  ３次元空間で定義した風洞模型
９２  ３次元空間で定義した相互干渉粒子
９３  相互干渉粒子
９４  風洞模型
９５  相互干渉粒子９１と風洞模型９０の衝突点を通るＸＹ断面図
９６  相互干渉粒子９１と風洞模型９０の衝突と接する風洞模型のＹＺ断面図
９７  相互干渉粒子９１と風洞模型９０の衝突点
９８  ＹＺ断面図９５をＸ軸の正方向へ１ピクセルシフトしたＹＺ断面図
９９  衝突点９６Ｘ軸の正方向へ１ピクセルシフトした衝突点
１００  相互干渉粒子９２の移動変更方向
【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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