ニュース

Oct 25, 2023

バナーの風抜き穴は違いをもたらしますか? 私たちは風洞を使って調べました

Docente di ingegneria civile, Università del Queensland

クイーンズランド大学土木工学講師

クイーンズランド工科大学ロボット工学教授

マシュー・メイソンは、オーストラリア研究評議会と森林火災・自然災害協力研究センターから資金提供を受けています。

ジョナサン・ロバーツは、オーストラリアン・センター・フォー・ロボット・ビジョンの准研究員であり、飛行ロボット競技会「UAV Challenge」の共同創設者です。

クイーンズランド工科大学とクイーンズランド大学は、The Conversation AU のメンバーとして資金を提供しています。

すべてのパートナーを表示

今度、道路や橋の上に横断幕が掲げられているのを見かけたら、あるいは街頭行進、抗議活動、デモの一環として掲げられている横断幕を見かけたら、よく見てください。 バナーに穴やスリットが入っているのが見える場合があります。

しかし、なぜ誰かが完璧に優れたバナーに穴を開けるのでしょうか?

これらはいわゆる「風穴」であり、人々は何らかの理由で、この穴の存在によって横断幕にかかる風による負荷が大幅に軽減されると信じて、横断幕を切断してこれらの穴を作ってきました。

しかし、本当に穴やスリットのあるバナーは、穴のな​​い同等のバナーよりも風にさらされやすいのでしょうか?

いつから人々が旗に穴を開け始めたのかは不明です。 この実践について書かれたものはほとんどなく、知識の多くは口伝えか、他の風力関連分野から移されたものと思われます。

世界の看板やバナーのメーカーのウェブサイトを見れば明らかなことは、彼らが愛情を込めて作った作品に穴を開けなければならないことに不満を感じているということです。

バナーメーカーの中には、単に断り、穴が欲しいなら自分で切ってもいいよと顧客に言う人もいます。

バナーの風抜きの重要性は明らかであるため、世界中の一部の地方自治体は、特定の場所にバナーを設置することを義務付けています。 通気孔や横断幕は禁止です。

オーストラリア、クイーンズランド州のブリスベン市議会の規則では、市の象徴であるストーリーブリッジに横断幕を設置するには、「風穴を設けなければならない」、「風穴（通気口）は一定の間隔で配置する必要がある」と規定している。約3m間隔」。

米国ユタ州スプリングビルの小さな町では、条例で、バナーの面積の少なくとも 20% が穴で構成されていなければならないと規定しています。 それは、「幅4〜6インチの半月型の通気口がバナー全体に下を向いている」ことを示唆しています。

風抜きがバナーにどのような役割を果たしているのかを理解するには、空気力学の専門家の仕事を訪問する必要があります。

1956 年、英国ロイヤル エアクラフト エスタブリッシュメントの空気力学の専門家、BG デ ブレイは一連の風洞試験を実施し、穴のある平板が移動する気流の中でどのように機能するかを示しました。 彼は、航空機が着陸する際のエアブレーキにプレートをどのように使用できるかに興味を持っていました。

彼の実験では、穿孔（穴）によって空気の流れがより安定するものの、「抗力係数の減少は比較的小さいだけ」であることが示されました。 彼は、穴の面積と平板の抗力係数の変化との関係を記録したグラフを示しています。 グラフは、バナーの面積の 20% に穴を開けると、時速 150km の風で抵抗が約 5% 減少することを示しています。

デ・ブレイの他の発見、穴が空気の流れをより安定させるということを考慮すると、丸いパラシュートでの動作におけるこれの一般的な例を見ることができます。

円形のパラシュートなど、風上側が空気で満たされているうねる構造物は、構造物に穴がないと不安定になります。 空気は構造物の端からほぼランダムにこぼれる傾向があります。 これにより、構造物が一見ランダムに風になびきます。

これはパラシュート開発の初期に発見されました。 1700 年代後半、不安定で振動するシュートに関連した事故により、多くのパラシュート開発者が死亡しました。

1804 年、フランス人のジョゼフ・レランドは、パラシュートの上部にある穴であるアペックスベントを発明しました。 これにより、安定性の問題は解決されたように見えましたが、抗力は軽減されなかったようで、抗力が必要な場所でのパラシュートに最適です。

それ以来、丸いパラシュートの穴の利点を示す多くの研究が行われてきました。 あるグループは、実験中に、丸いパラシュートに通気穴があると、シュートの抵抗がわずかに増加する一方で、シュートがより安定することを発見しました。

デ・ブレイの足跡をたどって、私たちはこれらの穴が風力にどれだけの影響を与えるかを評価するために風洞実験に目を向けることにしました。

私たちは、縮尺を変えたバナーを風洞内に置き、風力を測定する一連の簡単な実験を実施しました。 さまざまな風速とベント (穴) の数に対してこれを実行しました。 次に、テストごとに力がどのように変化するかを測定しました。

私たちは、通気口が生地に開けられた長方形の穴である実験と、通気口が 3 つの側面に開けられた長方形の穴で上部 (フラップ) でヒンジで動くようにする実験を行いました。

テストされた実験風速は約 25km/h から 100km/h の範囲であり、評価されたベントホール面積とバナー総面積の比率 (空隙率) の範囲はゼロ (バナーに穴がない) から約 20% であり、これはスプリングビルの風速と一致しました。規制を遵守し、かなり神聖なバナーを作成します。

図 (上) の値 1 は通気孔が何も行っていないことを示し、値 0.9 は負荷が 10% 減少したことを示します。

風抜きがバナーにかかる風荷重を軽減することは明らかですが、de Bray が示したように、空隙率が大きくなるまでは荷重の減少は比較的小さいです。

抗力の減少は、均一に穴の開いたプレートや布地について de Bray (およびその他) によって発見されたものよりも、穴やヒンジ付きフラップの方が大きくなります。

風速によって違いが生じます。 風速が低い場合、通気口の存在によりバナーにかかる風荷重が実際に増加する可能性があり、テストでは最大 5% であることが判明しました。

ただし、一般に、風速が増加すると力係数は減少します。 これは特にフラップ付きのバナーに当てはまり、風速が増加するにつれてこれらの通気口がより開くようになりました。

したがって、通気口の種類によって大きな違いが生じます。 ヒンジ付きフラップではなく穴のあるバナーの方が風荷重が低くなりました。 これらのベント タイプは両方とも、多孔質メッシュ生地と同様に機能する、均一に穴の開いたプレートよりも負荷が低くなります。

これらの点を念頭に置いて、ストーリーブリッジに横断幕を設置するためのブリスベン市議会の規制に戻ります。 規定の風抜きの効果を計算できるようになりました。

彼らが穴が欲しいと仮定し、バナーの最大サイズが幅 18 メートル、高さ 0.9 メートルであると仮定すると、風穴が 5 つ必要であることを考慮すると、最も適切な推定値は半円形の穴の半径 25 cm になります。 バナーの最大 3% が穴になると計算されます。

この数値を補間すると、風荷重が 2% 削減されることになります。 最大面積の 98% の標識は幅 18 メートル、高さ 0.88 メートルで、標識の底部を 2 cm トリミングするだけで、5 つの穴のある標識と同等の抗力の標識を作成できます。 努力する価値はほとんどないと思われます。

科学は、平らな構造物はある方向に動作し、うねる空気で満たされた構造物は異なる方向に動作することを示しています。 私たちの議員たちは混乱して、パラシュートからの結果をフラットバナーに適用したようです。

風が吹いても比較的平らな状態を保つようにバナーを結んでいる場合、バナーをスイスチーズ状にしない限り、通気口を設けるメリットは最小限であると思われます。

同じ負荷の軽減を達成するには、少し小さいバナーを作成する方が良いでしょう。