JP2001235393A - 温度成層風洞における測定部への擾乱伝播防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 風洞内で生じた擾乱が測定部へ伝播されない
ようにして実験を支障なく行い得るようにする。 【解決手段】 測定胴３（測定部）の上流側に備えた成
層カート５（加熱成層部）により気流の高さ方向に所定
の温度分布を付して成層流を成し、該成層流を測定胴３
に導いて各種の風洞実験を行い得るようにした温度成層
風洞における測定部への擾乱伝播防止方法に関し、成層
カート５の入口側及び測定胴３の出口側の少くとも何れ
か一方に対し多段のダンパ機構２９（図１では成層カー
ト５の入口側に設けた場合を例示）を設け、該ダンパ機
構２９により各段の閉塞率を高めてダンパ機構２９の前
後に高い圧力差を設定し、これによりダンパ機構２９の
各段を通過する風速を増大させてフルード数の高いジェ
ット流を局所的に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度成層風洞にお
ける測定部への擾乱伝播防止方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４〜図６は従来における縦型回流式の
温度成層風洞の一例を示すもので、図４に示すように、
建屋床面１上に所定の間隔で立設された門型支柱２によ
り測定胴３（各種の風洞実験を行う測定部）が水平状態
で支持されており、該測定胴３の上流側端部近傍におけ
る建屋床面１に測定胴３の幅方向へ延びるカート移動レ
ール４が敷設され、該カート移動レール４上に成層カー
ト５（高さ方向に所定の温度分布を付した成層流を形成
する加熱成層部）と高速カート６とが移動自在に設けら
れている。

【０００３】即ち、成層カート５と高速カート６の何れ
か一方を選択して測定胴３の上流側端部へ連結し得るよ
うにしてあり、例えば、図５においては、通常の温度成
層試験を行ない得るよう成層カート５が選択されてい
る。

【０００４】図６に示すように、この成層カート５は、
その内部を水平な多数枚の仕切板２６により上下に仕切
られて多段（約３０段〜４０段）の成層空間２７を形成
しており、該各成層空間２７には、測定胴３の幅方向へ
延びる気流加熱ヒータ２８が多数備えられ、上流側から
導入された気流を高さ方向に所定の温度分布を付した成
層流として下流側へ流し得るようになっている。

【０００５】尚、このような成層流を必要としない高速
気流による試験を行なう場合にも対応できるようにする
ために、流路抵抗の少ない高速カート６が用意され、成
層カート５と交換して使用できるようになっている。

【０００６】更に、前記成層カート５の上流側には、縮
流胴７と整流胴８とが接続されており、建屋の上部床面
９上に設けられて前記測定胴３と平行する方向へ延びる
回流ダクト１０には、第４コーナ胴１１及び第３コーナ
胴１２を介して前記整流胴８の上流側が接続され、前記
回流ダクト１０の上流側の端部に軸流送風機１３が接続
されており、該軸流送風機１３の吸気側には、熱交換器
胴１４を介して吸気胴１５が接続されている。

【０００７】また、前記測定胴３の下流側端部には下流
胴１６が接続されており、該下流胴１６の下流側に第１
コーナ胴１７、気流混合胴１８を介して第２コーナ胴１
９が接続され、該第２コーナ胴１９の下流側の端部が前
記吸気胴１５の端部に連結され、前記第２コーナ胴１９
の側面には排気胴２０が設けられている。

【０００８】前記測定胴３の下部には、測定胴３の床温
度制御を行い得るようにした複数の床温度調節ユニット
２１が配置されており、測定胴３の上面には、測定胴３
の天井温度制御を行い得るようにした複数の温風発生器
２２が配置されている。

【０００９】尚、測定胴３の側面には、観測窓２３、作
業員出入口２４、模型搬入扉２５などが設けられてい
る。

【００１０】上記構成において、軸流送風機１３を作動
させると、吸気胴１５から吸い込まれた空気が、熱交換
器胴１４の内部において熱交換作用を受けて温度調節さ
れ、軸流送風機１３によって圧送されて回流ダクト１０
を通り、第３コーナ胴１２、第４コーナ胴１１を経て整
流胴８内で整流され、縮流胴７を通り、成層カート５の
水平な多数枚の仕切板２６によって上下に仕切られた多
段（約３０段〜４０段）の成層空間２７へ入り、各成層
空間２７で測定胴３の幅方向へ延びる気流加熱ヒータ２
８によってそれぞれ異なる温度に加熱され、高さ方向に
所定の温度分布を付された成層流とされ、該成層流が測
定胴３の内部へと導入されて各種の風洞実験に用いられ
る。

【００１１】ここで、前記成層流には、下層から上層に
向けて温度が徐々に高くなるような温度分布が付され、
このような温度分布とされることによって、対流による
二次流が生じ難い安定した成層流となるのである。

【００１２】更に、測定胴３の下方に設けた床温度調節
ユニット２１により測定胴３の床部を冷却し、相対的に
温度を低くした成層流の下層の流れが、床部から熱を受
けて二次的な上昇気流を生じないようにする。

【００１３】また、測定胴３の上面に設けた温風発生器
２２により測定胴３の天井部を加熱し、相対的に温度を
高く設定した成層流の上層の流れが、天井部に熱を奪わ
れて二次的な下降気流を生じないようにする。

【００１４】前記測定胴３を通過した空気は、下流胴１
６、第１コーナ胴１７、気流混合胴１８、第２コーナ胴
１９を経て排気胴２０から風洞の外部へ放出されるか、
または、吸気胴１５へ回流されるように形成されてい
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、斯かる
従来の温度成層風洞においては、以下に詳述する如き風
洞内で生じた擾乱が測定部へ伝播されて実験に支障をき
たす虞れがあった。

【００１６】即ち、成層カート５内の気流が気流加熱ヒ
ータ２８の加熱により昇温しているのに対し、成層カー
ト５の上流側の気流は未加熱の冷えた状態となっている
ので、成層カート５の入口付近を境界とする前後の領域
には大きな温度差が生じることになる。

【００１７】ところが、この種の温度成層風洞ではフル
ード数Ｆｒ＜１となるような低風速で多くの実験が行わ
れるため、成層カート５内の温度の高い気流が成層カー
ト５の上流側領域の上層部分へ浮上しようとする浮力が
流れの慣性力に勝り、成層カート５の入口付近における
上層部分で温度の高い気流が温度の低い上流側へ逆流す
る傾向が生じ、他方、成層カート５の入口付近における
下層部分で上流側の温度の低い気流が温度の高い成層カ
ート５側へ沈降しようとする相対的な逆作用により気流
の加速傾向が生じてしまう。

【００１８】この結果、成層流に付される温度分布の最
高温度と最低温度との差をより大きく設定した場合や、
成層流の風速をより遅く設定した場合などにおいて、成
層カート５から測定胴３へと導かれる成層流に意図しな
い速度勾配が付与されてしまうことになり、測定胴３に
て適正な速度分布の成層流による正確な実験結果が得ら
れなくなる虞れがあった。

【００１９】また、例えば図示の如き縦型回流式の温度
成層風洞の場合には、測定胴３の出口後方が第１コーナ
胴１７を介し上方に立ち上がるようになっているので、
測定胴３の上層部分から流れてきた温度の高い気流が、
前記第１コーナ胴１７の屈曲部分の内周側を通り、慣性
力と浮力を合計した流体力を得て円滑に気流混合胴１８
を上昇するが、測定胴３の下層部分から流れてきた温度
の低い気流は、気流混合胴１８で負の浮力を受けるた
め、これに打ち勝つ慣性力を持たなければ上昇すること
ができず、第１コーナ胴１７の底部に滞留することにな
る。

【００２０】そして、このような測定胴３の出口後方の
状況が上流側の測定胴３にも影響を及ぼし、測定胴３内
の上層部分で温度の高い気流が加速傾向となり、他方、
測定胴３内の下層部分で温度の低い気流が減速傾向とな
る結果、成層流に付される温度分布の最高温度と最低温
度との差をより大きく設定した場合や、成層流の風速を
より遅く設定した場合などにおいて、測定胴３内の成層
流に意図しない速度勾配が付与されてしまうことにな
り、測定胴３にて適正な速度分布の成層流による正確な
実験結果が得られなくなる虞れがあった。

【００２１】尚、同様の問題は、測定胴３の終端部でダ
クトを終わり気流を室内開放する形式の温度成層風洞
や、測定胴３の出口後方で下方に落ち込んで測定胴３の
下を回流するような縦型回流式の温度成層風洞の場合
（この場合には加速傾向と減速傾向が逆転する）にも起
こり得ることであり、また、これ以外の温度成層風洞に
おいても、測定胴３の出口後方の状況が上流側の測定胴
３に影響を及ぼさないように対策を講じておいた方が良
いことは明らかである。

【００２２】本発明は上述の実情に鑑みて成したもので
あり、風洞内で生じた擾乱が測定部へ伝播されないよう
にして実験を支障なく行い得るようにすることを目的と
している。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は、測定部の上流
側に備えた加熱成層部により気流の高さ方向に所定の温
度分布を付して成層流を成し、該成層流を測定部に導い
て各種の風洞実験を行い得るようにした温度成層風洞に
おける測定部への擾乱伝播防止方法であって、加熱成層
部の入口側及び測定部の出口側の少くとも何れか一方に
対し多段のダンパ機構を設け、該ダンパ機構により各段
の閉塞率を高めてダンパ機構の前後に高い圧力差を設定
し、これによりダンパ機構の各段を通過する風速を増大
させてフルード数の高いジェット流を局所的に形成する
ことを特徴としている。

【００２４】而して、このようにすれば、ダンパ機構の
各段でフルード数の高いジェット流を局所的に形成する
ことにより、各段のジェット流における慣性力を浮力の
影響を無視できるほど大きくして、ダンパ機構の上流側
と下流側との間での擾乱の伝播を遮断することが可能と
なる。

【００２５】即ち、ダンパ機構を加熱成層部の入口側に
設けた場合には、加熱成層部の入口付近を境界とする前
後の領域に大きな温度差が生じていても、この前後の領
域はダンパ機構の各段のジェット流により縁が切られ、
加熱成層部内の温度の高い気流が加熱成層部の上流側領
域の上層部分へ浮上しようとする浮力が生じたり、加熱
成層部の上流側領域の温度の低い気流が温度の高い加熱
成層部側へ沈降しようとする相対的な逆作用が生じたり
することがなくなるので、加熱成層部の入口付近におけ
る上層部分で気流の逆流傾向が生じ且つ下層部分で気流
の加速傾向が生じるといった不具合が未然に回避される
ことになる。

【００２６】この結果、成層流に付される温度分布の最
高温度と最低温度との差をより大きく設定した場合や、
成層流の風速をより遅く設定した場合などにおいて、加
熱成層部から測定部へと導かれる成層流に意図しない速
度勾配が付与されてしまうことが防止される。

【００２７】また、ダンパ機構を測定部の出口側に設け
た場合には、例えば縦型回流式の温度成層風洞や、測定
部の出口で気流を室内開放する形式の温度成層風洞に関
し、測定部の出口後方にて気流の温度により気流の排出
性に大きな相違が生じていても、測定部とその下流側の
領域とはダンパ機構の各段のジェット流により縁が切ら
れ、測定部の出口後方の状況により上流側の測定部にて
加速傾向や減速傾向が惹起されるといった不具合が未然
に回避されることになる。

【００２８】この結果、成層流に付される温度分布の最
高温度と最低温度との差をより大きく設定した場合や、
成層流の風速をより遅く設定した場合などにおいて、測
定部内の成層流に意図しない速度勾配が付与されてしま
うことが防止される。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照しつつ説明する。

【００３０】図１は本発明を実施する形態の一例を示す
もので、図４〜図６と同一の符号を付した部分は同一物
を表わしている。

【００３１】本形態例においては、前述した図４〜図６
と同様に構成した縦型回流式の温度成層風洞に関し、図
１に示す如く、成層カート５（高さ方向に所定の温度分
布を付した成層流を形成する加熱成層部）内における成
層空間２７の全ての段の入口に、全段独立に開口比を０
％まで閉塞できるダンパ機構２９が設けられており、し
かも、図２及び図３に示す如く、測定胴３（各種の風洞
実験を行う測定部）の出口側に配置された下流胴１６内
にも、開口比を０％まで閉塞できるダンパ機構３０が設
けられている。

【００３２】ここで、ダンパ機構２９，３０は、何れも
多段のベーン３１，３２を傾動操作することで開口比を
増減し得るようにした略同様の構造を有するものであ
り、その具体的な構造につき、測定胴３の出口側に配置
されたダンパ機構３０を例にして以下に詳述する。

【００３３】図２及び図３のダンパ機構３０では、下流
胴１６の内部を幅方向に亘る複数段（図示する例では六
段）のベーン軸３３により各ベーン３２が支持されてお
り、このベーン軸３３は、その長手方向両端部を下流胴
１６の両側壁に軸支され且つ長手方向の複数箇所を間板
３４により回動自在に支えられている。

【００３４】そして、下流胴１６の一方の側壁を貫通し
て外部に張り出したベーン軸３３の一端部が、図３に拡
大して示す如き駆動装置３５に連結されて傾動操作し得
るようになっており、この駆動装置３５は、ベーン軸３
３の一端部をカップリング３６及びウォーム減速機３７
を介してハンドル３８の軸に連結した構造としてある。

【００３５】尚、図１中における３９は成層カート５の
出口部に設けたハニカム通路、４０はその背面に配置し
たメッシュを示している。

【００３６】而して、以上に述べた如きダンパ機構２
９，３０により各段の閉塞率を全閉近くまで高めてダン
パ機構２９，３０の前後に高い圧力差を設定し、これに
よりダンパ機構２９，３０の各段を通過する風速を増大
させてフルード数（Ｆｒ＞１）の高いジェット流を局所
的に形成し、各段のジェット流における慣性力を浮力の
影響を無視できるほど大きくすると、ダンパ機構２９，
３０の上流側と下流側との間での擾乱の伝播を遮断する
ことが可能となる。

【００３７】即ち、ダンパ機構２９を成層カート５の成
層空間２７の全ての段の入口に設けた場合には、成層カ
ート５の入口付近を境界とする前後の領域に大きな温度
差が生じていても、この前後の領域はダンパ機構２９の
各段のジェット流により縁が切られ、成層カート５内の
温度の高い気流が成層カート５の上流側領域の上層部分
へ浮上しようとする浮力が生じたり、成層カート５の上
流側領域の温度の低い気流が温度の高い成層カート５側
へ沈降しようとする相対的な逆作用が生じたりすること
がなくなるので、成層カート５の入口付近における上層
部分で気流の逆流傾向が生じ且つ下層部分で気流の加速
傾向が生じるといった不具合が未然に回避されることに
なる。

【００３８】この結果、成層流に付される温度分布の最
高温度と最低温度との差をより大きく設定した場合や、
成層流の風速をより遅く設定した場合などにおいて、成
層カート５から測定胴３へと導かれる成層流に意図しな
い速度勾配が付与されてしまうことが防止される。

【００３９】また、ダンパ機構３０を測定胴３の出口側
に配置された下流胴１６内に設けた場合には、測定胴３
の出口後方の気流混合胴１８（図４参照）にて温度の高
い気流が慣性力と浮力を合計した流体力を得て円滑に上
昇する一方、温度の低い気流が気流混合胴１８（図４参
照）で負の浮力を受けて第１コーナ胴１７（図４参照）
の底部に滞留するような状況が生じても、測定胴３とそ
の下流側の領域とはダンパ機構３０の各段のジェット流
により縁が切られているので、測定胴３の出口後方の状
況により上流側の測定胴３にて加速傾向や減速傾向が惹
起されるといった不具合が未然に回避されることにな
る。

【００４０】この結果、成層流に付される温度分布の最
高温度と最低温度との差をより大きく設定した場合や、
成層流の風速をより遅く設定した場合などにおいて、測
定胴３内の成層流に意図しない速度勾配が付与されてし
まうことが防止される。

【００４１】従って、上記形態例によれば、風洞内で生
じた擾乱の測定胴３への伝播を防止することができるの
で、擾乱の影響により成層流に意図しない速度勾配が付
与されてしまう不具合を未然に回避することができ、測
定胴３にて適正な速度分布の成層流により実験を支障な
く行うことができて正確な実験結果を得ることができ
る。

【００４２】尚、本発明の温度成層風洞における測定部
への擾乱伝播防止方法は、上述の形態例にのみ限定され
るものではなく、縦型回流式以外の温度成層風洞にも適
用し得ること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において種々変更を加え得ることは勿論である。

【００４３】

【発明の効果】上記した本発明の温度成層風洞における
測定部への擾乱伝播防止方法によれば、風洞内で生じた
擾乱の測定部への伝播を防止することができるので、成
層流に付される温度分布の最高温度と最低温度との差を
より大きく設定した場合や、成層流の風速をより遅く設
定した場合などにおいても、擾乱の影響により成層流に
意図しない速度勾配が付与されてしまう不具合を未然に
回避することができ、測定部にて適正な速度分布の成層
流により実験を支障なく行うことができて正確な実験結
果を得ることができるという優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する形態の一例を示す側面断面図
である。

【図２】ダンパ機構を測定胴の出口側に設けた例を概略
的に示す側面断面図である。

【図３】図２の駆動部の詳細を示す拡大図である。

【図４】従来における縦型回流式の温度成層風洞の一例
を概略的に示す側面図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ方向の矢視図である。

【図６】図５における成層カートの部分を透視して概略
的に示す斜視図である。

【符号の説明】

３ 測定胴（測定部） ５ 成層カート（加熱成層部） ２９ ダンパ機構 ３０ ダンパ機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永井 清之 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社機械・プラント開 発センター内 (72)発明者 長谷川 政和 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社機械・プラント開 発センター内 (72)発明者 佐藤 和雄 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社機械・プラント開 発センター内 (72)発明者 富岡 靖博 東京都江東区豊洲三丁目２番16号 石川島 播磨重工業株式会社東京エンジニアリング センター内 Ｆターム(参考） 2G023 AA02 AA03 AB03 AB04 AB12 AB15

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定部の上流側に備えた加熱成層部によ
   り気流の高さ方向に所定の温度分布を付して成層流を成
   し、該成層流を測定部に導いて各種の風洞実験を行い得
   るようにした温度成層風洞における測定部への擾乱伝播
   防止方法であって、加熱成層部の入口側及び測定部の出
   口側の少くとも何れか一方に対し多段のダンパ機構を設
   け、該ダンパ機構により各段の閉塞率を高めてダンパ機
   構の前後に高い圧力差を設定し、これによりダンパ機構
   の各段を通過する風速を増大させてフルード数の高いジ
   ェット流を局所的に形成することを特徴とする温度成層
   風洞における測定部への擾乱伝播防止方法。