(57)【要約】  【課題】  流体騒音の理論に基づいて空力音の音源分布を解析する空力音源探査システム及び空力音源探査方法を提供する。  【解決手段】  空力音源探査システムは、流れ場に位置する物体の周りに発生する空力音の音源分布を求める空力音源探査システムであって、流れ場における流れの速度ベクトルｕの分布を算出する流速分布算出ステップと、速度ベクトルｕから渦度ベクトルωの分布を算出する渦度ベクトル算出ステップと、速度ベクトルｕと渦度ベクトルωを周波数領域の算出式に代入して音源分布を算出する音源算出ステップと、を備えている。【選択図】  図２
2005321290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流れ場に位置する物体の周りに発生する空力音の音源分布を求める空力音源探査システムであって、
前記流れ場における流れの速度ベクトルの分布を算出する流速分布算出手段と、
前記速度ベクトルの分布に基づいて、周波数領域の算出式を用いて音源分布を算出する音源算出手段と、
を備えたことを特徴とする空力音源探査システム。
【請求項２】
前記周波数領域の算出式は、前記速度ベクトルをベクトルｕ、渦度ベクトルをベクトルω、観測点の座標をベクトルｘ、前記速度ベクトルの座標をベクトルｙ、角周波数をαとして、下記(1)式で表されることを特徴とする請求項１記載の空力音源探査システム。
【数１】
2005321290.tif 000042
但し、周波数空間のグリーン関数Ｇは、音速をｃ0、物体面Ｓの単位法線ベクトルであって物体から外に向かう方向を正とするベクトルをベクトルｎ、ディラックのデルタ関数をδとして、下記(2)式を満たし、且つ物体面Ｓ上において下記(3)式を満たす物体形状に適合したものが選ばれる。
【数２】
2005321290.tif 000043
【数３】
2005321290.tif 000044
【請求項３】
前記音源算出手段は、散乱音のみを考慮して音源を算出することを特徴とする請求項１記載の空力音源探査システム。
【請求項４】
前記散乱音のみを考慮する算出式は、前記速度ベクトルをベクトルｕ、渦度ベクトルをベクトルω、観測点の座標をベクトルｘ、前記速度ベクトルの座標をベクトルｙ、角周波数をαとして、下記(32)式で表されることを特徴とする請求項３記載の空力音源探査システム。
【数４】
2005321290.tif 000045
但し、周波数空間のグリーン関数Ｇsは、物体面Ｓ上の点の座標をベクトルｚとして、下記(26)式で定義され、
【数５】
2005321290.tif 000046
グリーン関数ＧNは、音速をｃ0、物体面Ｓの単位法線ベクトルであって物体から外に向かう方向を正とするベクトルをベクトルｎ、ディラックのデルタ関数をδとして、物体面Ｓ上において下記(3)式を満たす、下記(2)式の解であり、
【数６】
2005321290.tif 000047
【数７】
2005321290.tif 000048
グリーン関数Ｇ0は、下記(34)式で表される自由空間のグリーン関数である。
【数８】
2005321290.tif 000049
【請求項５】
流れ場に位置する物体の周りに発生する空力音の音源分布を求める空力音源探査方法であって、
前記流れ場における流れの速度ベクトルの分布を算出する流速分布算出ステップと、
前記速度ベクトルの分布に基づいて、周波数領域の算出式を用いて音源分布を算出する音源算出ステップと、
を備えたことを特徴とする空力音源探査方法。
【請求項６】
前記音源算出ステップは、散乱音のみを考慮して音源を算出するステップであることを特徴とする請求項５記載の空力音源探査システム。
【請求項７】
コンピュータに、流れ場に位置する物体の周りに発生する空力音の音源分布を求める処理を実行させる空力音源探査プログラムであって、
前記流れ場における流れの速度ベクトルの分布を算出する流速分布算出ステップと、
前記速度ベクトルの分布に基づいて、周波数領域の算出式を用いて音源分布を算出する音源算出ステップと、
を備えたことを特徴とする空力音源探査プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空力音の音源分布を解析するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車、鉄道、航空機といった交通手段の高速化により、騒音に占める空力音の寄与率が大きくなってきている。
例えば、新幹線騒音についてみると、騒音の要因としては、レールと車輪等の接触・振動によって発生する振動音、パンタグラフが架線から離線した際に発生するアークによるスパーク音、車両下部等の周りに生じた気流の乱れが直接空気を揺さぶることによって発生する空力音が考えられる。このうち、列車速度の増加に伴い、空力音の騒音に対する寄与率が急激に大きくなってきている。
【０００３】
従来、空力音低減のための対策としては、実際の車両で問題となっている現象について、条件を変えた模型を用いた風洞実験により、放射音の比較検討を行う手探り的なものであった。放射音を測定する方法については、例えば、下記特許文献１、２に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３１１６５６号公報
【特許文献２】特開２００２−２６７５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した方法は、現実の問題を解決するためには優れた方法である。しかし、反面、実験を行う者の経験によるところが大きい。また、どういった物理現象が起こっているかを正しく捉えないと、改良の方向性を誤り、有効な低減効果を見込めない。また、近年の新幹線の高速化に伴い、経験則による手探り的な空力音低減対策法の限界も見えてきている。
このような事情から、流体騒音の理論に基づいた空力音低減対策法に対する期待が高まっている。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、流体騒音の理論に基づいて空力音の音源分布を解析する空力音源探査システム及び空力音源探査方法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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る空力音源探査システムは、流れ場に位置する物体の周りに発生する空力音の音源分布を求める空力音源探査システムであって、前記流れ場における流れの速度ベクトルの分布を算出する流速分布算出手段と、前記速度ベクトルの分布に基づいて、周波数領域の算出式を用いて音源分布を算出する音源算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る空力音源探査システムは、散乱音のみを考慮して音源を算出することを特徴とする。低マッハ数の場合には、直接音よりも散乱音が支配的になるため、散乱音のみを考慮すれば良い。
【０００９】
また、本発明に係る空力音源探査方法は、流れ場に位置する物体の周りに発生する空力音の音源分布を求める空力音源探査方法であって、前記流れ場における流れの速度ベクトルの分布を算出する流速分布算出ステップと、前記速度ベクトルの分布に基づいて、周波数領域の算出式を用いて音源分布を算出する音源算出ステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る空力音源探査プログラムは、コンピュータに、流れ場に位置する物体の周りに発生する空力音の音源分布を求める処理を実行させる空力音源探査プログラムであって、前記流れ場における流れの速度ベクトルの分布を算出する流速分布算出ステップと、前記速度ベクトルの分布に基づいて、周波数領域の算出式を用いて音源分布を算出する音源算出ステップと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、流体騒音の理論に基づいて空力音の音源分布を解析する空力音源探査システム及び空力音源探査方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施形態）
【００１３】
まず、本発明の第１の実施の形態に係る空力音源探査システムの構成について説明する。図１は、空力音源探査システム１０の全体構成を概略的に示す図である。同図に示すように、空力音源探査システム１０は、ＰＣ２１、表示手段としてのディスプレイ２２、入力手段としてのキーボード２３及びマウス２４を有している。
【００１４】
また、ＰＣ２１は、プログラム等に従って各種演算を行うためのＣＰＵ等からなる演算装置２１１、演算のためのワークエリアとして使用される半導体メモリ等からなるメモリ２１２、各種データを保存しておくためのＨＤＤ（ハードディスクドライブ）等からなる記憶装置２１３とを有している。また、記憶装置２１３は、後述する空力音源探査システム１０の機能を実現するための各種プログラムを保存しておくプログラムＤＢ（データベース）２１４を含んでいる。
【００１５】
上記構成を有する空力音源探査システム１０は、流体騒音の理論に基づいて空力音の音源分布を解析するシステムであり、具体的には、流れ場の中に位置する物体の周囲の速度ベクトルと音場の性質を表すグリーン関数から、物体周囲の音源の分布を算出するシステムである。
【００１６】
続いて、上記構成の空力音源探査システムによって、二重極音の音源分布を算出する処理について説明する。図２は、音源分布を算出する処理の流れを示すフローチャートである。同図に示すように、まず、ステップ１（Ｓ１）において、まず、演算装置２１１が、物体が存在する流れ場の所定の領域内の速度ベクトルｕの分布を求める（流速分布算出機能）。この速度ベクトルｕの算出は、ＬＥＳ法等の数値計算を用いて、所定のパラメータを設定して行われる。また、この速度ベクトルｕの算出処理は、プログラムＤＢ２１４内の速度ベクトル算出プログラムを、演算装置２１１が実行することで実現される。なお、ＬＥＳ法による数値計算については、『大宮司久明・三宅裕・吉沢徴編，「乱流の数値流体力学―モデルと計算法 」，東京大学出版会，１９９８年１月』に詳細に説明されている。
【００１７】
続いて、Ｓ２において、演算装置２１１が、プログラムＤＢ２１４内の渦度ベクトル算出プログラムを実行することで、Ｓ１で求めた速度ベクトルｕの分布から、渦度ベクトルωの分布を求める（渦度ベクトル算出機能）。この渦度ベクトル算出プログラムは、Ｓ１で算出した速度ベクトルｕをω＝rot ｕの式に代入することで、渦度ベクトルωを算出する。
【００１８】
そして、Ｓ３において、演算装置２１１が、プログラムＤＢ２１４内の音源算出プログラムを実行することで、二重極音の音源分布を算出する（音源算出機能）。この音源算出処理においては、Ｓ１で算出した速度ベクトルｕ及びＳ２で算出した渦度ベクトルωの外積ω×ｕの時系列データが、フーリエ変換によって周波数領域の値に変換され、その結果が下記式(1)に代入されて、音源が算出される。
【数９】
2005321290.tif 000003
【００１９】
ここで、ベクトルｘは観測点の位置ベクトル、ベクトルｙは速度ベクトルｕの位置ベクトル、αは角周波数である。また、周波数空間のグリーン関数Ｇ(ｘ,ｙ,α)は、下記式(2)を満たし、且つ境界面（物体面）Ｓ上において下記式(3)を満たす物体形状に適合したものが選ばれる。
【数１０】
2005321290.tif 000004
【数１１】
2005321290.tif 000005
【００２０】
なお、(2)式及び(3)式において、ｃ0は流れ場の音速、ベクトルｎ（テンソル表示でｎi）は物体面（境界面）Ｓの単位法線ベクトルであって物体から外に向かう方向を正とし、δはディラックのデルタ関数である。
このように、周波数領域の上記(1)式を用いて、音源分布を算出する空力音源探査システムによれば、速度ベクトルｕの分布から高精度に音源の分布を求めることが可能である。
【００２１】
ここで、速度ベクトルｕ及び渦度ベクトルωから音源分布を算出する際に用いる上記(1)式の算出方法について、以下詳細に説明する。
Howeは、マッハ数が小さく、粘性の影響が小さい高レイノルズ数流れについて、下記(4)式で表されるLighthillの流体音響の基礎方程式を近似して、下記(5)式を導いた。
【数１２】
2005321290.tif 000006
【数１３】
2005321290.tif 000007
【００２２】
但し、上記(5)式におけるＢは、下記(6)式で定義される。
【数１４】
2005321290.tif 000008
【００２３】
ここで、上記(4)式は、音速ｃ0と密度ρ0が一定である均一な流体の無限の広がりの中で、その一部を占める比較的小さな不均一領域から発生する音場の非同次波動方程式である。また、ρは流体密度、ｐは瞬時圧力変動である。また、ＴijはLighthillの応力テンソルと呼ばれ、δijをクロネッカーのデルタとして、式(7)で表される。
【数１５】
2005321290.tif 000009
【００２４】
また、τijは、粘性応力テンソルであり、粘性係数をμとすると、下記(8)式で表される。
【数１６】
2005321290.tif 000010
【００２５】
次に、流れ場に置かれた物体の境界面をＳ、無限遠方の境界面をΣinfとし、その間の領域をΩallとする。Σinfにおいて、流れは一様であるとする。また、物体は静止しており、 境界面Ｓでの流速は0であるとする。観測点ｘが、音源領域から十分離れている時、グリーンの公式を用いて(5)式を展開すると、位置ベクトルｘの観測点における音圧（Pa）に関して、下記(9)式が得られる。
【数１７】
2005321290.tif 000011
【００２６】
但し、グリーン関数Ｇ(ｘ,ｙ,ｔ-τ)は、下記式(10)を満たし、且つ物体面Ｓ上において法線方向の微分が0、すなわち下記式(11)を満たす、物体形状に適合したものが選ばれる。
【数１８】
2005321290.tif 000012
【数１９】
2005321290.tif 000013
【００２７】
次に、フーリエ変換の式(12)，(13)，(14)
【数２０】
2005321290.tif 000014
【数２１】
2005321290.tif 000015
【数２２】
2005321290.tif 000016
を用いて、(9)式を時間領域から周波数領域に変換すると、αを角周波数とする下記(15)式が得られる。
【００２８】
【数２３】
2005321290.tif 000017
このとき、周波数空間のグリーン関数Ｇ(ｘ,ｙ,α)は、上記(10)式及び(11)式より、下記(16)式及び(17)式（上述した(2)式及び(3)式）を満たす物体形状に適合したものが選ばれることになる。
【００２９】
【数２４】
2005321290.tif 000018
【数２５】
2005321290.tif 000019
【００３０】
ここで、音源の広がりが波長に比べて充分に小さい場合、音源領域内の位置による遅延時間の差は無視することが可能であり、この状態を、音源がコンパクト（低周波数）であると呼ぶ。このとき、上記(10)式及び(11)式を満たす低周波数近似のグリーン関数Ｇ(ｘ,ｙ,ｔ)は、下記(18)式で表される。
【数２６】
2005321290.tif 000020
【００３１】
この(18)式を、フーリエ変換式(14)を用いて周波数領域に変換すると、グリーン関数Ｇ(ｘ,ｙ,α)について、下記(19)式が得られる。
【数２７】
2005321290.tif 000021
【００３２】
一方、コンパクトの近似が成り立たない場合には、何らかの方法で(16)式及び(17)式を解く必要がある。ここでは、境界要素法(BEM=Boundary Element Method)を用いることにする。
まず、式(17)を満たす式(16)の解をＧN(ｘ,ｙ,α)とする。また、自由空間のグリーン関数Ｇ0(ｘ,ｙ,α)を、下記(20)式とすると、
【数２８】
2005321290.tif 000022
(20)式は(16)式の基本解であり、下記(21)式が成り立つ。
【数２９】
2005321290.tif 000023
【００３３】
グリーンの公式より、
【数３０】
2005321290.tif 000024
但し、ベクトルｚ（テンソル表示では、ｚi）は、境界面（物体面）Ｓ上の位置ベクトル、ベクトルｎ（テンソル表示ではｎi）は境界面Ｓの単位法線ベクトルであって、Ωallに向かう方向を正とする。そして、上記(16)式、(17)式、(21)式より、(22)式は下記(23)式となる。
【００３４】
【数３１】
2005321290.tif 000025
境界要素法を用いて、上式(23)を解く方法の詳細については、『T.W.Wu
et al, ‘Boundary Element Acoustics’, WIT Press, 2000』等を参照するものとする。
【００３５】
流れの中の点ｙを境界面Ｓ上の所定の点ｚpに近づける極限操作を行うことにより、上記(23)式は下記(24)式となる。
【数３２】
2005321290.tif 000026
【００３６】
そして、境界面を要素に分けて離散化することにより、境界面上のＧN(ｘ,ｚp,α)が求まる。そして、式(23)に代入することで、流れの中の任意の点ｙにおけるＧN(ｘ,ｙ,α)が求められる。
【００３７】
また、式(23)は，流れの中の任意の点ｙに置かれた点音源が，境界面Ｓによって散乱され、観測点ｘに到達する様子を記述している。そして、式(23)の右辺第一項が直接音の伝播を表し、式(23)の右辺第二項が境界面Ｓによる散乱音の伝播を表している。そこで、Ｇi(ｘ,ｙ,α)及びＧs(ｘ,ｙ,α)を、下記(25)式及び(26)式で定義し、
【数３３】
2005321290.tif 000027
【数３４】
2005321290.tif 000028
【００３８】
ＧN(ｘ,ｙ,α)を、下記(27)式とすると、
【数３５】
2005321290.tif 000029
上記(15)式は、下記(28)式となる。
【数３６】
2005321290.tif 000030
【００３９】
ここで、Ｇs(ｘ,ｙ,α)の計算例を図３に示す。図３は、２次元翼周りの散乱場におけるＧs(ｘ,ｙ,α)の計算例を示しており、同図（ａ）は、音源の周波数が100Hzの場合、同図（ｂ）は、音源の周波数が3000Hzの場合を示している。
【００４０】
そして、上式(25)及び式(26)と同様に、下記(29)式及び(30)式において、ｐas(ｘ,α)及びｐai(ｘ,α)を定義する。
【数３７】
2005321290.tif 000031
【数３８】
2005321290.tif 000032
【００４１】
そうすると、観測点ｘにおける音圧ｐa(ｘ,α）は、下記(31)式で定義されることになる。
【数３９】
2005321290.tif 000033
【００４２】
この結果、上式(29)で定義されるｐas(ｘ,α)は、境界面Ｓによって散乱された散乱音を表し、上式(30)で定義されるｐai(ｘ,α)は、流体中の乱れから直接伝わる直接音を表している。また、(29)式の被積分項である、
【数４０】
2005321290.tif 000034
を散乱音の音源、(30)式の被積分項である、
【数４１】
2005321290.tif 000035
を直接音の音源とそれぞれ見なすことが可能である。
【００４３】
ここで、上記(32)式に関して、周波数空間のグリーン関数Ｇsは、上述したように、物体面Ｓ上の点の座標をベクトルｚとして、下記(26)式で定義される。
【数４２】
2005321290.tif 000036
【００４４】
そして、グリーン関数ＧN(ｘ,ｚ,α)は、音速をｃ0、物体面Ｓの単位法線ベクトルであって外に向かう方向を正とするベクトルをベクトルｎ、ディラックのデルタ関数をδとして、物体面Ｓ上において下記(3)式を満たす、下記(2)式の解である。
【数４３】
2005321290.tif 000037
【数４４】
2005321290.tif 000038
【００４５】
また、グリーン関数Ｇ0(ｚ,ｙ,α)は、下記(34)式で表される自由空間のグリーン関数である。
【数４５】
2005321290.tif 000039
【００４６】
そして、(32)式及び(33)式を足し合わせた、上述した(15)式の被積分項である下記(1)式を、トータルの音源とみなすことができることになる。
【数４６】
2005321290.tif 000040
【００４７】
以上、詳細に説明したように、本実施の形態においては、音源分布を求めるための(1)式を、周波数領域のグリーン関数を用いて、Lighthillの流体音響の基礎方程式を展開することによって求めた。よって、本実施の形態に係る空力音源探査システム１０によれば、音源が高周波数である場合（コンパクトでない場合）でも、流れ場の速度ベクトルに基づいて、高精度に音源の分布を求めることが可能である。
【００４８】
なお、低マッハ数の場合には、一般に、(33)式の直接音に比べて、(32)式の散乱音が支配的になる。よって、本実施の形態においては、散乱音と直接音を合わせた(1)式を用いて音源を算出しているが、(1)式の代わりに散乱音の(32)式を用いて音源を求めるように構成しても良い。特に、有限領域内の速度ベクトルから音源を算出する場合には、(32)式を用いることが好ましい。ここで、低マッハ数とは、マッハ数Ｍが1よりも充分に小さい場合を意味する。また、好ましくは、マッハ数Ｍが0.3よりも小さい場合を意味する。
【００４９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、第２の実施形態に係る空力音源探査システム１０の構成を示す図である。本実施形態に係る空力音原探査システムは、ＰＩＶと呼ばれる手法により流れの速度分布を計測するＰＩＶシステムを用いて、有限領域の速度ベクトルを測定し、この測定値を基に音源分布を求めるシステムである。
【００５０】
このＰＩＶシステムに関しては、例えば、『可視化情報学会編，「ＰＩＶハンドブック」，森北出版株式会社，２００２年７月』に詳細に説明されている。なお、第１の実施形態に係る構成と同じ構成には同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５１】
図４に示すように、空力音源探査システム１０は、煙発生装置１１、シート照明装置１２、ＣＣＤカメラ１３、及び音源解析装置２０から構成される。音源解析装置２０は、ＰＣ２１とディスプレイ２２を含み、ＰＣ２１は図示しない演算装置と記録装置を含む。
【００５２】
また、図４に示すように空力音源探査システムの測定対象は、円柱模型１４である。円柱模型１４は上下面を地面に平行に配置されており、そのサイズは、直径50mm、長さ600mmである。また、空力音源探査システム１０は、図示しない風洞装置の中に配置されている。そして、風洞装置を作動させると、図中左側から右側に向けて風が吹き、円柱模型１４の周囲には流れ場が構成されるようになっている。この風洞装置の風速は、150km/h（41.7m/s）である。この流れ場によって、円柱模型１４の周囲に空力音が発生しており、空力音源探査システム１０によって、この空力音源の空間分布を解析することになる。
【００５３】
ＰＣ２１は、ＣＣＤカメラ１３に接続されており、ＣＣＤカメラ１３で撮影された画像は、ＰＣ２１内の記録装置に格納される。ＰＣ２１内の演算装置は、この記録装置に格納された画像データに対して、処理・解析を行うよう構成されている。また、その解析結果は、ディスプレイ２２に表示される。
【００５４】
シート照明装置１２は、流れ場の所定の二次元測定領域（図４参照）を、4Hz周期でシート状の照明光により照明しており、ＣＣＤカメラ１３は、この照明に同期させて撮影を行っている。シート照明装置１２とＣＣＤカメラ１３の同期は、これらに接続された図示しない同期装置により取られている。よって、ＰＣ２１内の記録装置には、微小時間間隔で時系列に撮影された画像が複数枚格納されることになる。
【００５５】
図５は、ＣＣＤカメラ１３と円柱模型１４の位置関係を示す図であり、図５（ａ）は図４の手前からみた位置関係を示す図、図５（ｂ）は図５の上側からみた位置関係を示す図である。
【００５６】
同図に示すように、ＣＣＤカメラ１３は、測定領域面に対して垂直方向の位置であって、円柱模型１４周囲の所定の測定領域を撮影できる位置に配置されている。本実施の形態では、図中、円柱模型１４の右側（下流側）を撮影できる位置に配置されている。また、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の原点は、円柱模型１４の重心付近の位置に設定している。
次に、この空力音源探査システム１０により、空力音源の空間分布を解析する際の動作について説明する。
【００５７】
まず、風洞装置を作動させてから、煙発生装置１１により煙を発生させる。この煙発生装置１１は、図中、円柱模型１４よりも流れの上流側である左側に設置されており、発生した煙は、円柱模型１４周囲の流れ場に混入されることになる。これにより、流れ場が可視化される。この煙は、流れに追従できるような粒子を入れる必要がある。粒子の径が大き過ぎたり、粒子の質量が重過ぎたりすると、流れに追従できなくなるからである。
【００５８】
煙が混入された後、シート照明装置１２によりシート状照明光が円柱模型１４付近の測定領域に照射される。続いて、照明された瞬間の流れ場の画像をＣＣＤカメラ１３により撮影する。ＣＣＤカメラ１３により撮影された画像は、音源解析装置２０のＰＣ２１に転送され、ＰＣ２１内の記録装置に保存される。
【００５９】
次に、音源解析装置２０において、記録装置に保存された画像を解析する処理について、第１の実施形態と同様に、図２を参照しながら説明する。
まず、ＰＣ２１は、Ｓ１において、記録装置に保存された時系列的に隣り合う２枚の画像間での粒子の移動を解析することで、速度ベクトルの分布（流速分布）を算出する（流速分布算出機能）。この画像解析では、各画像を３５×３８＝１３３０個のセルに分割し、セルごとに速度ベクトルｕを算出している。この処理は、上述した一般的なＰＩＶシステムにおける処理と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００６０】
得られる速度ベクトルとしては、例えば、ｘ＝100mm、ｙ＝150mm、ｚ＝0mmの点で、ｘ方向の瞬時流速＝10m/s、ｙ方向の瞬時流速＝-5m/s、また、ｘ＝100mm、ｙ＝100mm、ｚ＝0mmの点で、ｘ方向の瞬時流速＝20m/s、ｙ方向の瞬時流速＝10m/s、といった速度ベクトルを得ることができる。
【００６１】
図６は、Ｓ１の画像解析により求められた速度ベクトルｕの分布を示す図である。図６（ａ）は、時刻ｔ1における瞬時の速度分布を示す図であり、図６（ｂ）は、時刻ｔ2における瞬時の速度分布を示す図である。図６において、矢印が速度ベクトルを示しており、矢印の長さが速度ベクトルの大きさ、矢印の向きが速度ベクトルの向きを表す。図中、上下端に位置し、水平を向いている速度ベクトルの大きさが、上述した風洞装置の風速150km/hとなる。図６に示す速度ベクトルの分布から、円柱模型１４の下流側にカルマン渦が発生していることが分かる。
【００６２】
次に、Ｓ２において、演算装置２１１が、プログラムＤＢ２１４内の渦度ベクトル算出プログラムを実行することで、Ｓ１で求めた速度ベクトルｕの分布から、渦度ベクトルω分布を求める（渦度ベクトル算出機能）。この渦度ベクトル算出プログラムは、Ｓ１で算出した速度ベクトルｕを、ω＝rot ｕの式に代入することで、渦度ベクトルωを算出する。
【００６３】
そして、Ｓ３において、演算装置２１１が、プログラムDB２１４内の音源算出プログラムを実行することで、二重極音の音源分布を算出する（音源算出機能）。この音源算出処理においては、Ｓ１で算出した速度ベクトルｕ及びＳ２で算出した渦度ベクトルωの外積ω×ｕの時系列データが、フーリエ変換によって周波数領域の値に変換され、その結果が上述した散乱音の式(32)に代入されることで、空力音の二重極音源が算出される。
【数４７】
2005321290.tif 000041
【００６４】
第２の実施形態では、ＰＩＶシステムにより有限領域内の速度ベクトルを測定している。そして、低マッハ数の場合には、直接音よりも散乱音が支配的になるため、散乱音の(32)式を用いている。また、散乱音は、測定領域外の速度ベクトルの影響をほとんど受けないため、ＰＩＶシステムによる測定領域内の速度ベクトル及び渦度ベクトルを、(32)式に代入することで、高精度に音源を求めることができる。
【００６５】
第２の実施形態に係る空力音原探査システムによれば、第１の実施形態と同様の効果を奏すると共に、ＰＩＶシステムの測定値を用いて二重極音源分布を解析しており、剥離、乱流遷移、壁面近くでの境界層の挙動など、流体の数値計算等の理論的な方法では精度良く捉えることの困難なものであっても、十分な精度で解析することが可能である。また、ＰＩＶシステムの測定値を用いることで、キャビティ音のように、発生した圧縮波が流体の挙動に影響を与えるような現象についても、精度良く解析することができる。
【００６６】
以上、本発明の第１及び第２の実施形態について詳細に説明したが、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【００６７】
例えば、上述した空力音源探査システムの各機能は、プログラムＤＢに格納されている複数のプログラムを演算装置が実行することで実現されるが、単一の統合プログラムで全ての機能が実現されるような構成としても良い。また、演算装置がプログラムを実行することで、各機能を実現するのではなく、各機能を実現するための電子回路用いるように構成しても良い。すなわち、ソフトウェアとハードウェアを適宜組み合わせて、本実施の形態に係る空力音源探査システムの機能を実現できるように構成されれば良い。
【００６８】
また、第２の実施形態では、説明を簡単にするため、円柱模型周りの空力音源分布を求めているが、円柱模型に限られるものでなく、列車模型、自動車模型等の、空力音の発生を解析する対象であれば、どのような形状の模型であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る空力音源探査システムの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る音源分布を算出する処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る周波数空間でのグリーン関数の掲載例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る空力音源探査システムの概略構成を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るＣＣＤカメラと円柱模型の位置関係を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る空力音源探査システムにより求められた速度ベクトルの分布を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０      空力音源探査システム
１１      煙発生装置
１２      シート照明装置
１３      ＣＣＤカメラ
１４      円柱模型
２０      音源解析装置
２１      ＰＣ
２１１    演算装置
２１２    メモリ
２１３    記憶装置
２１４    プログラムＤＢ
２２      ディスプレイ
２３      キーボード
２４      マウス
【図１】
2005321290.tif 000050
【図２】
2005321290.tif 000051
【図４】
2005321290.tif 000052
【図５】
2005321290.tif 000053
【図６】
2005321290.tif 000054
【図３】
2005321290.tif 000055