JP2002148141A

JP2002148141A - 風洞実験装置及び方法

Info

Publication number: JP2002148141A
Application number: JP2000346413A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Oba; 良二大場; Takeshi Nonaka; 剛野中
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2000-11-14
Publication date: 2002-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】風洞内に設置した模型に風を供給する風洞実
験装置に関し、模型または模型周辺の風環境を、乱流強
度を含めて短時間で測定することが可能で、測定時間と
費用を低減することができる風洞実験装置及びその方法
を提供する。【解決手段】上記模型１または模型周辺に設置された
感温液晶２と、該感温液晶２を加熱する加熱手段６と、
上記感温液晶２を撮影する撮影装置３と、該撮影装置３
による上記感温液晶２の画像を解析する画像解析装置４
ａとを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は模型周辺の風環境を
測定する際に使用される風環境定量化風洞実験装置（以
下、単に風洞実験装置と呼ぶ）及びその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高層ビルや客船の甲板上等の構造物周辺
部での風環境は複雑であり、特にビル風と呼ばれる強風
による影響を十分に考慮する必要がある。よって、実際
に構造物を建造する前には、構造物と相似させた模型を
使用することで構造物周辺の風環境を測定、予測し、局
部的な強風が発生するようであれば防風板や樹木などの
強風対策手段を講じて、その効果を確認することが行な
われる。

【０００３】上記模型周辺の風環境を予測する手段とし
ては風洞実験装置が挙げられる。該風洞実験装置を使用
して模型周辺の風環境を測定する際の概略構成図を図８
及び図９に示す。

【０００４】図８において、１は風洞実験装置の床面１
１に設置された模型、２４は熱線風速計、１５ｂは風速
解析装置、２５は熱線風速計２４と風速解析装置１５ｂ
とを繋ぐ信号ケーブルであり、７は図示しない送風機等
によって模型周辺に供給される風を示す。

【０００５】図８に示す風洞実験装置では、熱線風速計
２４を移動させながら模型周辺の多数点で風速を測定す
る。そして、信号ケーブル２５を通じ、測定信号を風速
解析装置１５ｂに入力して平均風速（Ｕ１）、乱流強度
（Ｕ２）及び真の風速（Ｕ）を解析する。

【０００６】一方、図９において、１は風洞実験装置の
床面１１に設置された模型、１４は熱式風速計、１５ａ
は風速解析装置、１６は熱式風速計１４と風速解析装置
１５ａとを繋ぐ信号ケーブルであり、７は図示しない送
風機等によって模型周辺に供給される風を示す。

【０００７】図９に示す風洞実験装置では、熱式風速計
１４を模型周辺に多数設置することで、複数箇所の風速
を同時に測定できる。そして、信号ケーブル１６を通
じ、測定信号を風速解析装置１５ａに入力して平均風速
（Ｕ１）、乱流強度（ｕ２）及び風速（Ｕ’）を解析す
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
示す風洞実験装置では各測定点毎に熱線風速計２４を一
定時間（約１分間）保持して風速を測定する必要があ
り、それを多数の測定点（約１００点以上）で繰り返さ
なければならない。よって、全測定点での測定時間は膨
大なものとなり、それに伴なう実験費用も膨大となる。
また、平均風速（Ｕ１）と乱流強度（Ｕ２）が出力され
るまでにも時間が掛かるから、防風板や樹木などの強風
対策手段を追加しても、直ぐにその効果を確認すること
ができず、最終的に効果的な対策を見いだすまでには膨
大の時間と費用が必要であった。

【０００９】一方、図９に示す風洞実験装置では安価で
ある熱式風速計１４を模型周辺に多数設置して、一度に
風速を測定することが可能であり、測定時間を短縮する
ことができるが、設置作業や測定結果が出力されるまで
にはやはり多大な時間を要する。また、熱式風速計１４
は平均風速（Ｕ１）を正確に測定できるが、応答性が十
分でないため、乱流強度（ｕ２）を正確に測定できな
い。したがって、平均風速（Ｕ１）と乱流強度（ｕ２）
とを加えた風速（Ｕ’）も真の風速（Ｕ）とは異なり、
過小評価となる。例えば、客船甲板上の風環境を測定す
る際には、弱風域と強風域を把握すると共に、平均風速
（Ｕ１）、乱流強度（Ｕ２）及び真の風速（Ｕ）が許容
範囲内に入っていることを確認する必要があるから、こ
のような実験では、熱式風速計１４は不十分であった。

【００１０】したがって本発明の目的は模型または模型
周辺の風環境を、乱流強度を含めて短時間で測定するこ
とが可能で、測定時間と費用を低減することができる風
洞実験装置及びその方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するため、以下のような手段を提供するものであ
る。風洞内に設置した模型に風を供給する風洞実験装置
において、（１）上記模型周辺に設置された感温液晶と、該感温液
晶を加熱する加熱手段と、上記感温液晶を撮影する撮影
装置と、該撮影装置による上記感温液晶の画像を解析す
る画像解析装置とを備えたことを特徴とする風洞実験装
置。（２）上記模型周辺に設置された感圧紙と、該感圧紙を
撮影する撮影装置と、該撮影装置による上記感圧紙の画
像を解析する画像解析装置とを備えたことを特徴とする
風洞実験装置。（３）上記模型周辺を加熱する加熱手段と、上記模型周
辺を撮影する赤外線カメラと、該赤外線カメラの画像を
解析する画像解析装置とを備えたことを特徴とする風洞
実験装置。（４）上記加熱手段が赤外線ランプまたは電気ヒータで
あることを特徴とする上記（３）に記載の風洞実験装
置。（５）上記模型周辺に設置された格子状の発熱体と、該
発熱体を撮影する赤外線カメラと、該赤外線カメラの画
像を解析する画像解析装置とを備えたことを特徴とする
風洞実験装置。（６）上記模型周辺の風速を測定して、風速分布を解析
すると共に、上記解析結果と校正線図とから乱流強度を
解析することを特徴とする風洞実験方法。（７）上記模型周辺の風速を測定して、風速分布を解析
すると共に、上記模型周辺に設置したタフトの振れ幅を
測定して、乱流強度を解析することを特徴とする風洞実
験方法。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態を、図
１により説明する。図１において、１は風洞実験装置の
床面１１に設置された模型、２は感温液晶、３はビデオ
カメラ、４ａは画像解析装置、５ａはビデオカメラ３と
画像解析装置４ａとを繋ぐ信号ケーブル、６は赤外線ラ
ンプである。

【００１３】模型周辺に設置された感温液晶２は赤外線
ランプ６によって一様に加熱され、一定温度に保持され
ている。その状態で、図示しない送風機等によって風７
が供給されると、模型周辺の強風域８ａでは風７によっ
て熱が奪われて温度が低下するから、感温液晶２の色に
も変化が生じる。それをビデオカメラ３にて撮影し、信
号ケーブル５ａを通じて画像解析装置４ａに入力するこ
とにより、模型周辺の風速分布が解析される。

【００１４】本発明の第１の実施の形態によれば、感温
液晶２の表面温度が風速によって変化する現象を利用す
ると共に、ビデオカメラ３と画像解析装置４ａとを利用
することで、測定器等を移動させることなく一度に広範
囲の測定が可能となり、風速分布を定性的に把握するこ
とができる。しかも、測定点毎の断片的な出力となる熱
線風速計や熱式風速計での測定とは異なり、連続的な画
像として風速分布を解析できるから測定精度も高くな
る。また、実験条件毎の測定結果をほぼ瞬間的に画像と
して解析できるから、防風板や樹木などの強風対策手段
の効果を即座に確認でき、短時間で効果的な防風手段を
決定することが可能となる。

【００１５】さらに、事前に感温液晶２の表面温度と風
速との関係を実験的に確認しておけば、ビデオ信号の画
像解析結果から定量的な風速分布を求めることもでき
る。

【００１６】なお、感温液晶２としてはコレステリック
混合液晶が適当である。また、図１では感温液晶２を加
熱する手段として赤外線ランプ６を用いているが、例え
ば電気ヒ−タを使用することも可能であり、感温液晶２
を一様に加熱し、一定温度に保持できるものであれば手
段は限定されない。

【００１７】次に本発明の第２の実施の形態を図２によ
り説明する。図２において、１は風洞実験装置の床面１
１に設置された模型、９は感圧紙、３はビデオカメラ、
４ａは画像解析装置、５ａはビデオカメラ３と画像解析
装置４ａとを繋ぐ信号ケーブルである。

【００１８】感圧紙９の下面にはマイクロカプセル化し
た発色剤が塗布してあって、感圧紙９は模型１の周辺に
設置されている。そして、図示しない送風機等によって
風７が供給されると、模型周辺の強風域８ｂでは風７に
よって静圧が低下するのに伴ない感圧紙が加圧され、マ
イクロカプセルが破裂することで発色する。それをビデ
オカメラ３にて撮影し、信号ケーブル５ａを通じて画像
解析装置４ａに入力することにより、模型周辺の風速分
布が解析される。

【００１９】本発明の第２の実施の形態によれば、風７
により模型周辺の動圧が増加し、静圧が低下すること
と、感圧紙９の色が風速によって変化する現象を利用す
ると共に、ビデオカメラ３と画像解析装置４ａとを利用
することで、測定器等を移動させることなく一度に広範
囲の測定が可能となり、風速分布を定性的に把握するこ
とができる。しかも、測定点毎の断片的な出力となる熱
線風速計や熱式風速計での測定とは異なり、連続的な画
像として風速分布を解析できるから測定精度も高くな
る。また、実験条件毎の測定結果をほぼ瞬間的に画像と
して解析できるから、防風板や樹木などの強風対策手段
の効果を即座に確認でき、短時間で効果的な防風手段を
決定することが可能となる。

【００２０】また、事前に感圧紙９の色と風速との関係
を実験的に確認しておけば、ビデオ信号の画像解析結果
から定量的な風速分布を求めることもできる。

【００２１】次に本発明の第３の実施の形態を図３によ
り説明する。図３において、１は風洞実験装置の床面１
１に設置された模型、６は赤外線ランプ、１０は赤外線
カメラ、４ｂは画像解析装置、５ｂは赤外線カメラ１０
と画像解析装置４ｂとを繋ぐ信号ケーブルである。

【００２２】模型周辺の床面１１は赤外線ランプ６によ
って一様に加熱され、一定温度に保持されている。その
状態で、図示しない送風機等によって風７が供給される
と、模型周辺の強風域８ｃでは風７によって熱が奪われ
て温度が低下するから、床面１１の温度にも変化が生じ
る。それを赤外線カメラ１０にて撮影し、信号ケーブル
５ｂを通じて画像解析装置４ｂに入力することで、模型
周辺の風速分布が解析される。

【００２３】本発明の第３の実施の形態によれば、風７
により模型周辺の温度が低下する現象を利用すると共
に、赤外線カメラ１０と画像解析装置４ｂとを利用する
ことで、測定器等を移動させることなく一度に広範囲の
測定が可能となり、風速分布を定性的に把握することが
できる。しかも、測定点毎の断片的な出力となる熱線風
速計や熱式風速計での測定とは異なり、連続的な画像と
して風速分布を解析できるから測定精度も高くなる。更
に、実験条件毎の測定結果をほぼ瞬間的に画像として解
析できるから、防風板や樹木などの強風対策手段の効果
を即座に確認でき、短時間で効果的な防風手段を決定す
ることが可能となる。

【００２４】また、事前に赤外線カメラ１０の画像と風
速との関係を実験的に確認しておけば、赤外線信号の画
像解析結果から定量的な風速分布を求めることもでき
る。

【００２５】なお、図３では床面１１を加熱する手段と
して赤外線ランプ６を用いているが、例えば図４に示す
ように電気ヒ−タ１２を設置しても良く、床面１１を一
様に加熱し、一定温度に保持できるものであれば手段は
限定されない。

【００２６】次に本発明の第４の実施の形態を図５によ
り説明する。図５において、１は模型、１３は格子ヒ−
タ、１０は赤外線カメラ、４ｂは画像解析装置、５ｂは
赤外線カメラ１０と画像解析装置４ｂとを繋ぐ信号ケー
ブルである。

【００２７】模型１の近傍には格子ヒ−タ１３が設置さ
れ、該ヒ−タ１３は一定温度に保持されている。その状
態で、図示しない送風機等によって風７が供給される
と、模型周辺の強風域では風７によって熱が奪われて格
子ヒータ１３の温度が低下する。それを赤外線カメラ１
０にて撮影し、信号ケーブル５ｂを通じて画像解析装置
４ｂに入力することにより、模型周辺の風速分布が解析
される。

【００２８】本発明の第４の実施の形態によれば、風７
により模型周辺の温度が低下する現象を利用すると共
に、赤外線カメラ１０と画像解析装置４ｂとを利用する
ことで、測定器等を移動させることなく一度に広範囲の
測定が可能となり、風速分布を定性的に把握することが
できる。しかも、格子のメッシュを細かくすることで測
定精度を高くすることもできる。また、実験条件毎の測
定結果をほぼ瞬間的に画像として解析できるから、防風
板や樹木などの強風対策手段の効果を即座に確認でき、
短時間で効果的な防風手段を決定することが可能とな
る。

【００２９】また、事前に赤外線カメラ１０の画像と風
速との関係を実験的に確認しておけば、赤外線信号の画
像解析結果から定量的な風速分布を求めることもでき
る。さらに、格子ヒ−タ１３を水平に設置すれば、水平
面での風速分布を測定でき、格子ヒ−タ１３を鉛直に設
置すれば、鉛直断面での風速分布を測定することもでき
る。

【００３０】次に本発明の第５の実施の形態を図６によ
り説明する。図６において、１は風洞実験装置の床面１
１に設置された模型、１４は熱式風速計、１５ａは風速
解析装置、１６は熱式風速計１４と風速解析装置１５ａ
とを繋ぐ信号ケーブルであり、１７は校正線図を示す。

【００３１】ここで、校正線図１７は、熱式風速計１４
の応答性（測定部の感度）が十分でなく、測定による乱
流強度（ｕ２）が実際の乱流強度（Ｕ２）よりも過小評
価となり、測定による風速（Ｕ’）と真の風速（Ｕ）と
が相違する問題があることから、事前に熱式風速計１４
の乱流強度と応答性の良い熱線風速計の乱流強度との関
係を求めたものであり、図６におけるａは実験により算
出される熱式風速計と熱線風速計との係数である。

【００３２】本発明の第５の実施の形態によれば、校正
線図１７を用いて、真の乱流強度（Ｕ２）を求めること
ができるから、応答性が十分でない熱式風速計を用いて
も乱流強度を正確に解析することができる。よって、平
均風速（Ｕ１）、乱流強度（Ｕ２）及び真の風速（Ｕ）
が設定された許容範囲内に入っていることを確認する必
要がある客船甲板上等の風環境を解析する際にも適用す
ることができる。また、実験条件毎の測定結果を従来よ
りも短時間で解析できるから、防風板や樹木などの強風
対策手段の効果を従来よりも早く確認でき、効果的に防
風手段を決定することが可能となる。

【００３３】次に本発明の第６の実施の形態を図７によ
り説明する。図７において、１は風洞実験装置の床面１
１に設置された模型、３はビデオカメラ、４ａは画像解
析装置、５ａはビデオカメラ３と画像解析装置４ａとを
繋ぐ信号ケーブル、１４は熱式風速計、１８はタフト、
１５ａは風速解析装置、１６は熱式風速計１４と風速解
析装置１５ａとを繋ぐ信号ケーブルであり、２０はタフ
トの振れ幅、２１はタフトの積算画像、２２は校正線図
を示す。

【００３４】ここで、校正線図２２は事前にタフトの振
れ幅２０と熱線風速計による乱流強度との関係を求めた
ものであり、図７におけるｂは実験により算出される熱
式風速計とタクトの振れ幅との係数である。

【００３５】模型周辺には多数の熱式風速計１４とタフ
ト１８が設置されており、その状態で、図示しない送風
機等によって風７が供給される。すると、模型周辺の熱
式風速計１４は風７によって温度が低下する。この温度
変化を信号ケーブル１６を通じて風速解析装置１５ａに
入力することにより、模型周辺の平均風速（Ｕ１）が解
析される。一方、タフト１８をビデオカメラ３にて撮影
し、このビデオ信号を画像解析装置４ａにより信号ケー
ブル１９を通じて積算画像２１として解析し、一定時間
のタフトの振れ幅（ｗ）と校正線図２２とから乱流強度
（Ｕ２）を求める。

【００３６】本発明の第６の実施の形態によれば、校正
線図２２を用いて、真の乱流強度（Ｕ２）を求めること
ができるから、応答性が十分でない熱式風速計を用いて
も乱流強度を正確に解析することができる。よって、平
均風速（Ｕ１）、乱流強度（Ｕ２）及び風速（Ｕ）が設
定された許容範囲内に入っていることを確認する必要が
ある客船甲板上等の風環境を解析する際にも適用するこ
とができる。また、実験条件毎の測定結果を従来よりも
短時間で解析できるから、防風板や樹木などの強風対策
手段の効果を従来よりも早く確認でき、効果的に防風手
段を決定することが可能となる。

【００３７】ところで、上記本発明の第１の実施の形
態、第２の実施の形態及び第６の実施の形態において撮
影装置はビデオカメラを用いて説明しているが、画像解
析装置への入力はビデオ信号またはディジタル信号であ
れば良いことから、ディジタルカメラを使用しても良
い。また、スチルカメラにて撮影したものをスキャナ等
でディジタル信号へ変換してもよい。

【００３８】

【発明の効果】本願の請求項１に記載された発明による
と、風洞内に設置した模型に風を供給する風洞実験装置
において、上記模型周辺に設置された感温液晶と、該感
温液晶を加熱する加熱手段と、上記感温液晶を撮影する
撮影装置と、該撮影装置による上記感温液晶の画像を解
析する画像解析装置とを備えたことにより、実験条件毎
の測定結果をほぼ瞬間的に解析することが可能となるか
ら、測定時間と費用を低減することができる。

【００３９】本願の請求項２に記載された発明による
と、風洞内に設置した模型に風を供給する風洞実験装置
において、上記模型周辺に設置された感圧紙と、該感圧
紙を撮影する撮影装置と、該撮影装置による上記感圧紙
の画像を解析する画像解析装置とを備えたことにより、
実験条件毎の測定結果をほぼ瞬間的に解析することが可
能となるから、測定時間と費用を低減することができ
る。

【００４０】本願の請求項３に記載された発明による
と、風洞内に設置した模型に風を供給する風洞実験装置
において、上記模型周辺を加熱する加熱手段と、上記模
型周辺を撮影する赤外線カメラと、該赤外線カメラの画
像を解析する画像解析装置とを備えたことにより、実験
条件毎の測定結果をほぼ瞬間的に解析することが可能と
なるから、測定時間と費用を低減することができる。

【００４１】本願の請求項４に記載された発明による
と、風洞内に設置した模型に風を供給する風洞実験装置
において、上記模型周辺を加熱する赤外線ランプまたは
電気ヒータと、上記模型周辺を撮影する赤外線カメラ
と、該赤外線カメラの画像を解析する画像解析装置とを
備えたことにより、実験条件毎の測定結果をほぼ瞬間的
に解析することが可能となるから、測定時間と費用を低
減することができる。

【００４２】本願の請求項５に記載された発明による
と、風洞内に設置した模型に風を供給する風洞実験装置
において、上記模型周辺に設置された格子状の発熱体
と、該発熱体を撮影する赤外線カメラと、該赤外線カメ
ラの画像を解析する画像解析装置とを備えたことによ
り、上記発熱体の設置位置を容易に変えることが可能と
なるから、水平面や鉛直断面等での風速分布を容易に測
定することができる。

【００４３】本願の請求項６に記載された発明による
と、風洞内に設置した模型に風を供給する風洞実験装置
において、上記模型周辺の風速を測定して、風速分布を
解析すると共に、上記解析結果と校正線図とから乱流強
度を正確に解析することができるから、応答性が十分で
ない測定機器を用いても乱流強度を正確に解析できる。
また、測定条件毎の測定結果を従来よりも短時間で解析
することが可能となるから、測定時間と費用を低減する
ことができる。

【００４４】本願の請求項７に記載された発明による
と、風洞内に設置した模型に風を供給する風洞実験装置
において、上記模型周辺の風速を測定して、風速分布を
解析すると共に、上記模型周辺に設置したタフトの振れ
幅から乱流強度を正確に解析することができるから、応
答性が十分でない測定機器を用いても乱流強度を正確に
解析できる。また、測定条件毎の測定結果を従来よりも
短時間で解析することが可能となるから、測定時間と費
用を大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る風洞実験装置
の概略構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は上視図
を示す。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係る風洞実験装置
の概略構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は上視図
を示す。

【図３】本発明の第３の実施の形態に係る風洞実験装置
の概略構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は上視図
を示す。

【図４】本発明の第３の実施の形態に係る風洞実験装置
の概略構成図であって、図３と異なる一例を示し、
（ａ）は正面図、（ｂ）は上視図を示す。

【図５】本発明の第４の実施の形態に係る風洞実験装置
の概略構成図である。

【図６】本発明の第５の実施の形態に係る風洞実験装置
の概略構成図である。

【図７】本発明の第６の実施の形態に係る風洞実験装置
の概略構成図である。

【図８】熱線風速計による従来の一般的な風洞実験装置
の概略構成図である。

【図９】熱式風速計による従来の一般的な風洞実験装置
の概略構成図である。

【符号の説明】

１模型２感温液晶３ビデオカメラ４ａ、４ｂ画像解析装置５ａ、５ｂ信号ケーブル６赤外線ランプ７風８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ強風域９感圧紙１０赤外線カメラ１１床面１２電気ヒ−タ１３格子ヒ−タ１４熱式風速計１５風速解析装置１６信号ケーブル１７校正線図１８タフト１９信号ケーブル２０タフトの振れ幅２１積算画像２２校正線図２３信号ケーブル２４熱線風速計２５信号ケーブル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】風洞内に設置した模型に風を供給する風
洞実験装置において、上記模型周辺に設置された感温液
晶と、該感温液晶を加熱する加熱手段と、上記感温液晶
を撮影する撮影装置と、該撮影装置による上記感温液晶
の画像を解析する画像解析装置とを備えたことを特徴と
する風洞実験装置。
【請求項２】風洞内に設置した模型に風を供給する風
洞実験装置において、上記模型周辺に設置された感圧紙
と、該感圧紙を撮影する撮影装置と、該撮影装置による
上記感圧紙の画像を解析する画像解析装置とを備えたこ
とを特徴とする風洞実験装置。
【請求項３】風洞内に設置した模型に風を供給する風
洞実験装置において、上記模型周辺を加熱する加熱手段
と、上記模型周辺を撮影する赤外線カメラと、該赤外線
カメラの画像を解析する画像解析装置とを備えたことを
特徴とする風洞実験装置。
【請求項４】上記加熱手段が赤外線ランプまたは電気
ヒータであることを特徴とする請求項３に記載の風洞実
験装置。
【請求項５】風洞内に設置した模型に風を供給する風
洞実験装置において、上記模型周辺に設置された格子状
の発熱体と、該発熱体を撮影する赤外線カメラと、該赤
外線カメラの画像を解析する画像解析装置とを備えたこ
とを特徴とする風洞実験装置。
【請求項６】風洞内に設置した模型に風を供給する風
洞実験装置において、上記模型周辺の風速を測定して、
風速分布を解析すると共に、上記解析結果と校正線図と
から乱流強度を解析することを特徴とする風洞実験方
法。
【請求項７】風洞内に設置した模型に風を供給する風
洞実験装置において、上記模型周辺の風速を測定して、
風速分布を解析すると共に、上記模型周辺に設置したタ
フトの振れ幅を測定して、乱流強度を解析することを特
徴とする風洞実験方法。