JP2003065890A - 風洞装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の風洞装置の課題とするところは、空
気を加熱する蓄熱体を設ける上で設備が大掛かりになる
ことを回避して経済性を高めることにある。 【解決手段】 加圧された空気を貯えた貯気槽２１と、
筒体をなし貯気槽から吹出された空気が一端部から送り
込まれる断熱筒２３と、この断熱筒の他端部から空気を
吹出すノズル２２と、このノズルから吹出された空気の
気流を流す測定カート３０と、断熱筒の内部に設けられ
貯気槽から送り込まれた空気を加熱する蓄熱体５１と、
断熱体の内部に蓄熱体に対して空気移動方向下流側に設
けられ蓄熱体を通過して加熱された空気を整流する金網
（整流用部材）２５と、断熱筒の他端部に設けられ断熱
筒の内部に加熱ガスを吹き込んで金網を介して蓄熱体を
加熱するバーナと、断熱筒から風洞への熱の移動を阻止
する仕切弁（熱遮断手段）２８とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は加熱された空気の気
流を発生させる風洞装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】風洞装置はトンネル内部に人工的に高速
の気流を発生させる装置で、主として航空機に関する模
型を置いて航空力学的な実験を行なうために用いられて
いる。この風洞装置では、マッハ４以上の超音速の気流
を発生させる場合には、空気が液化することを防止する
ために空気を加熱している。

【０００３】風洞装置では貯気槽から吹出された高圧の
空気を整流筒で整流してノズルから測定カート（風洞）
に供給して気流を発生させているが、加熱された気流を
発生させる機能を備えた風洞装置では貯気槽と整流筒と
の間に蓄熱体を設けて空気を加熱している。蓄熱体を用
いるのは効率良く安定して空気を加熱できるからであ
る。

【０００４】加熱された気流を発生させる機能を備えた
従来の風洞装置は図６に示す構成をなしている。図６に
おいて１は加圧された空気を貯える貯気槽、２は内部に
蓄熱体３を設けた加熱筒で、これは一端部が調圧弁１
０、弁１１を介して貯気槽１に接続され、他端部からバ
ーナ４により燃焼ガスを供給して蓄熱体３を加熱して蓄
熱させるようになっている。５は内部に整流用の金網６
を設けた整流筒で、これは一端部が弁１２を介して加熱
筒２の他端部に接続されている。７は整流筒５の他端部
に設けられたノズル、８は一端部がノズル７に接続され
た測定カート（風洞）、９は測定カート８の他端部に接
続された拡散筒、１３は弁１１と弁１２とを接続する
弁、１４は加熱筒２に接続されて煙を排出する煙突であ
る。なお、加熱筒２は一端部（空気流れ方向上流端部）
を下側として立てて配置され、貯気槽１から吹出される
圧縮空気が下側から上側に向けて流れるようにし、この
空気の力に対して蓄熱体３の自重を作用させて蓄熱体３
の保持を容易にしている。また、加熱筒２は地中の設置
されて蓄熱体３の熱が整流筒５へ移動することを抑えて
いる。

【０００５】そして、この風洞装置において空気を加熱
する場合には弁１１，１２を開き、弁１３を閉じて空気
の流路を設定する。貯気槽１から吹出された高圧の空気
は加熱筒２を通過して蓄熱体３が発する熱により加熱さ
れ、次いで整流筒５を通過して金網６により整流されて
ノズル７から測定カート８へ吹出されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、加熱された気流
を発生させる機能を備えた風洞装置としては、測定カー
トを流れる気流の温度が約６００ないし１２００℃とな
る仕様のものが用いられている。この仕様では加熱筒２
における蓄熱体３の温度は約１２００℃であり、気流の
速度はマッハ７ないし１１である。このように気流の温
度を高温に設定した仕様を採用する理由は、測定カート
を流れる気流が液化することを防止するためである。

【０００７】そして、従来の加熱された気流を発生させ
る機能を備えた風洞装置では、このように気流の温度が
高温であるので、高温の蓄熱体（加熱筒）の熱が整流筒
に伝達して悪影響を及ぼすことを抑えるために、前述し
たように蓄熱体３を整流筒５とは独立させて加熱筒２の
内部に設け、この蓄熱体３を内蔵した加熱筒２を立てに
配置して地下に設ける構成が採用されている。

【０００８】しかし、この構成では蓄熱体３を内蔵した
加熱筒２と整流用部材を内蔵した整流筒５とを独立して
設けているために設備が大規模になり、これに伴い設備
を製作する費用および設備を設置する費用が高額になる
ととともに、設備を設置するために大きなスペースを必
要とするという問題がある。

【０００９】一方、最近加熱された気流を発生させる機
能を備えた風洞装置に対して、測定カートを流れる気流
の温度が約約３５０℃となる仕様が要求されつつある。
この仕様では加熱筒２における蓄熱体３の温度は約６０
０℃であり、気流の速度はマッハ４ないし５である。こ
のような気流の温度が比較的低い仕様が要求される理由
は、低いマッハ数での高温気流による空力加熱試験が供
給体側より要求されるためである。

【００１０】そこで、気流の温度が比較的低い仕様の風
洞装置を開発するに当たって、蓄熱体を設ける上での設
備が大掛かりになり経済性が悪いという問題を解決する
ことが要求されている。

【００１１】本発明は、空気を加熱する蓄熱体を設ける
上で設備が大掛かりになることを回避して経済性を高め
た風洞装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の風洞装
置は、加圧された空気を貯えた気体供給源と、壁部が断
熱構造とされた筒体をなし前記貯気槽から吹出された空
気が一端部から送り込まれる断熱筒と、この断熱筒の他
端部から空気を吹出すノズルと、このノズルから吹出さ
れた空気の気流を流す測定カートと、前記断熱筒の内部
に設けられ前記気体供給源から送り込まれた空気を加熱
する蓄熱体と、前記断熱体の内部に前記蓄熱体に対して
空気移動方向下流側に設けられ前記蓄熱体を通過して加
熱された空気を整流する整流用部材と、前記断熱筒の他
端部に設けられ前記断熱筒の内部に加熱ガスを吹き込ん
で前記整流用部材を介して前記蓄熱体を加熱するバーナ
と、前記断熱筒の他端部と前記ノズルとの間に設けられ
前記断熱筒から前記ノズルへの熱の移動を阻止する熱遮
断手段とを具備することを特徴とする。

【００１３】請求項２の発明は、請求項１に記載の風洞
装置において、前記断熱筒は直線をなすものであること
を特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について図
１ないし図５を参照して説明する。この実施の形態は、
加熱された気流を発生させる機能を備え且つ測定カート
を流れる気流の温度が約３５０℃となる仕様である風洞
装置に適用したものである。図１ないし図５はこの実施
の形態の風洞装置を示すもので、図１はこの風洞装置を
模式的に示す図、図２はこの風洞装置の断熱筒を示す断
面図、図３（ａ）は図２のＡ−Ａに沿う断面図、図３
（ｂ）は蓄熱体を拡大して示す図、図４は図３（ａ）の
Ｂ部を拡大して示す図、図５は図２のＣ部を拡大して示
す図である。

【００１５】図中２１は貯気槽、２２は調圧弁、２３は
断熱筒、２４は蓄熱体、２５は整流用部材の一例である
金網、２６は煙突、２７はバーナ、２８は熱遮断手段の
一例である仕切弁、２９はノズル、３０は測定カート、
３１は拡散筒、３２は調圧弁である。

【００１６】気体供給源の一例である貯気槽２１は高圧
の空気を貯えるもので、図示しないコンプレッサにより
加圧された空気が供給されるようになっている。貯気槽
２１は調圧弁２２を介して断熱筒２３に接続されてい
る。調圧弁２２は貯気槽２１から送出される空気の圧力
を必要とする大きさに調整するものである。

【００１７】断熱筒２２は壁部が断熱構造とされた直線
をなす円筒体であり、例えば３個の中間筒４１、４２お
よび４３と、２個の端部筒４４、４５とを組合せて構成
されている。３個の筒体４１、４２および４３は両端が
開放され、開放された両端にフランジ４１ａ、４２ａお
よび４３ａが形成されたもので、且つ開放された端部を
突合せて直線に並べられてフランジ４１ａ、４２ａおよ
び４３ａが気密に接合固定されている。

【００１８】断熱筒２３の一端部に位置する端部筒４４
は両端が開放されて、一方の開口端と中間筒４１の開口
端と突き合されてこの開口端に形成されたフランジ４４
ａとフランジ４１ａとが気密に接合され、且つ他方の開
放端は接続口４４ｂとされて図示しないパイプを介して
調圧弁２２に接続されている。なお、端部筒４４は接続
口４４ｂから中間筒４１に向けて拡大するテーパ形をな
している。端部筒４４の周壁部には断熱筒軸線に対して
直角な向きで排ガス出口４４ｃが形成されている。

【００１９】断熱筒２３の他端部に位置する端部筒４５
は両端が開放されて、他方の開口端と中間筒４３の開口
端と突き合されてこの開口端に形成されたフランジ４５
ａとフランジ４３ａとが気密に接合固定され、且つ他方
の開放端は接続口４５ｂとされて図示しないパイプを介
して仕切弁２８に接続されている。なお、端部筒４５は
接続口４４ｂから中間筒４１に向けて拡大するテーパ形
をなしている。この端部筒４４の周壁部にはこれと直角
に加熱ガス入口４５ｃが設けられている。

【００２０】また、これら中間筒４１ないし４３と端部
筒４4、４5の壁部は、図４および図５に示すように金属
板からなる外板４６と、この外板４６の内側に配置され
た金属板からなる内板４７と、これら外板４６と内板４
７との間に配置された断熱材４８とがサンドイッチ構造
的に組合された断熱構造となっている。外板４６を形成
する金属は強度、耐食性などを考慮してボイラおよび圧
力容器用炭素鋼（ＳＢ）、高温配管用炭素鋼鋼管（ＳＴ
ＰＴ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）などを用いる。
内板４７は高温強度などを考慮してステンレス鋼（ＳＵ
Ｓ３１０）、インコネル材などを用いる。断熱材４８は
高温用耐火繊維（セラミックファイバー）などを用い
る。この断熱構造における外板４６、内板４７および断
熱材４８の厚さは断熱筒２３全体において均一である。
また、必要に応じて断熱筒２３の各個所において各部の
厚さを変更するようにしても良い。

【００２１】断熱筒２３の内部には一端側に位置する中
間筒４１と中央部に位置する中間筒４２にわたる個所に
わたり蓄熱構造体２４が設けてある。この蓄熱体構造体
は多数の蓄熱体を組合せて熱源に接触して加熱される面
積を広くし、且つ熱を蓄える体積を大きくするよう構成
することが好ましい。そこで、この実施の形態では、例
えば断面が四角形をなす角形パイプからなる多数の蓄熱
体５１を断熱筒軸方向に沿って配置して断熱筒２３の円
形をなす断面のほぼ全体を埋めるように積み重ねたもの
である。そして、これら積み重ねた多数の蓄熱体５１
は、例えば金属からなるバンド形をなす支持部材５２を
外周側で巻いてまとめて支持されている。この支持部材
５２は腕部材やボルトなどの適宜な部材を用いて断熱筒
２３に取付け固定されている。

【００２２】蓄熱体５１はステンレス鋼、セラミックな
どの蓄熱材料により形成されている。両端が開放された
角形パイプからなる蓄熱体５１は前述した中間筒４１、
４２を組合せた長さを有しており、互いに積み重ねて組
合せることにより蓄熱体５１の内部と各蓄熱体５１で囲
まれた部分に多数の気体が流れる通路が形成される。こ
のため、加熱ガスが各蓄熱体５１により形成される通路
を流れると、加熱ガスが蓄熱体５１の表面に接触して蓄
熱体５１を加熱して熱を蓄積させる。加熱されて熱を蓄
えた蓄熱体５１は熱を放出する。常温の空気が各蓄熱体
５１により形成される通路を流れると、空気が蓄熱体５
１の表面に接触して蓄熱体５１が発する熱により加熱さ
れて温度が上昇する。

【００２３】また、断熱筒２３の内部には他端側に位置
する中間筒４３に位置して複数の整流用の金網２５が設
けられている。この金網２５は断熱筒２３の内部空間よ
り大きい直径を有する円形をなすもので、耐熱性を考慮
して例えばステンレス鋼の線材により形成されている。
整流性を考慮して金網２５における網目の大きさは例え
ば３ないし２０メッシュである。各金網２５は断熱筒２
３の軸方向に間隔を存して配置されており、各金網２５
の周縁部が断熱筒２３の壁部を構成する断熱材４８の内
部に挿入されて、一対の金属リング５３、５４で挟持さ
れるとともに周方向に間隔を存した複数個所で一対の金
属リング５３、５４にボルト５５を通して締付けられる
ことにより支持固定されている。

【００２４】そして、このように蓄熱体構造体２４と金
網２５を搭載した断熱筒２３は、貯気槽２１から吹出さ
れる空気の流れに対し蓄熱体構造体２４が上流側、金網
２５が下流側に位置するように向きを設定して水平に配
設されている。

【００２５】バーナ２７は例えば都市ガスを燃料とする
ガスバーナで、端部筒４４の加熱ガス入口４５ｃに接続
筒６７を介して接続されている。このガスバーナ２７は
図示しないパイプが接続されて弁６２を介して都市ガス
源６１に接続されるとともに、弁６４を介して送風機６
３に接続されている。すなわち、都市ガス源６１からバ
ーナ２７へ都市ガスを供給するとともに送風機６３を駆
動して空気をバーナ２７に送り、都市ガスを燃焼させて
その燃焼ガスを断熱筒２３の内部に加熱ガスとして送り
込む。バーナ２７を蓄熱体構造体２４に対して空気流れ
方向下流側に設けるのは、蓄熱体構造体２４の空気流れ
方向下流部における蓄熱体５１の温度を高くして、空気
流れ方向上流から流れて蓄熱体構造体２４を通過してく
る空気の温度を低下させず蓄熱体５１が効果的に空気を
加熱できるからである。なお、端部筒４４のテーパをな
す周壁部に直角にしてバーナ２７を設けるのは、バーナ
２７の加熱ガスを効果的に蓄熱体構造体２４に向けて作
用させるためである。

【００２６】端部筒４４の周壁部に設けられた排ガス出
口４４ｃは図示しないパイプに接続されて弁６６を介し
て煙突６５と接続されている。この煙突６５は断熱筒２
３の内部に送り込まれた加熱ガスを排出ものである。

【００２７】また、仕切弁２８は断熱筒２３における一
方の端部筒４５の接続口２８に接続されている。この仕
切弁２８は後述するように断熱筒２３の内部における熱
がノズル２９へ伝達して作用することを阻止する熱遮断
手段の一例である。すなわち、この仕切弁２８は耐熱性
を有する金属で形成されたゲート型の弁で、弁体を閉じ
ることにより断熱筒２３の内部とノズル２９との間を遮
断して断熱筒２３の内部の高温の気体、すなわち加熱ガ
スがノズル２９へ移動することを阻止する。

【００２８】さらに、仕切弁２８にノズル２９が接続さ
れ、このノズル２９に測定カート３０が接続され、さら
にまた測定カート３０から拡散筒３１と消音搭３２が接
続されている。

【００２９】このようにして断熱筒２３はノズル２９に
供給する空気の流れ方向に沿って上流側から蓄熱体構造
体２４と金網２５を設けており、従来における蓄熱体を
内蔵した加熱筒と整流用部材を内蔵した整流筒とをまと
めた構成となっている。すなわち、この構成は単一の断
熱筒を用意し、この断熱筒の内部に蓄熱体と整流用部材
を組込んで、従来における蓄熱体を内蔵した加熱筒と整
流用部材を内蔵した整流筒とを一体化したものである。
このため、蓄熱体を内蔵した加熱筒と整流用部材を内蔵
した整流筒とを独立して設ける構成に比較して設備が大
幅に小規模になり、これに伴い設備を製作する費用およ
び設備を設置する費用が大幅に低減できるととともに設
備を設置するためのスペースも大幅に縮小できる。

【００３０】また、断熱筒２３は直線をなすもので、断
熱筒２３の構成と、蓄熱体構造体２４および金網（整流
用部材）２５を配置する構成が簡素で、断熱筒２３を製
作する費用と、蓄熱体構造体２４および金網（整流用部
材）２５を配置する作業の費用を低く抑えることができ
る。

【００３１】このように構成された風洞装置は、測定カ
ート３０を流れる気流の速度がマッハ４ないし５であ
り、その際要求される空力加熱試験の気体温度は約３５
０℃程度である。この仕様に応じて蓄熱体構造体２４で
空気を加熱する温度を設定し、蓄熱体構造体２４を構成
する各蓄熱体５１の縦、横および長さの各寸法、蓄熱体
５１の数などを設定する。

【００３２】この風洞装置では、まずバーナ２７により
都市ガスを燃焼させて、その燃焼ガスを加熱ガスとして
断熱筒２３の他端部（空気流れ方向下流側端部）から内
部に送り込む。この加熱ガスは断熱筒２３の内部を一端
部（空気流れ方向上流側端部）へ向けて流れて各金網２
５を通過し、次いで蓄熱体構造体２４におけるパイプ形
をなす各蓄熱体５１により形成される通過して、断熱筒
２３の一端部から煙突６５を通って外部へ排出される。
これにより蓄熱体構造体２４における各蓄熱体５１は加
熱ガスにより所定温度まで加熱されて熱を蓄える。

【００３３】ここで、仕切弁２８を閉じて断熱筒２３と
ノズル２９とを遮断して、加熱ガスが断熱筒２３からノ
ズル２９へ移動することを阻止する。また。調圧弁２２
も閉じて貯気槽２１への熱の移動を阻止する。なお、蓄
熱体５１の加熱を終了した後は仕切弁２８と調圧弁２２
を開放する。

【００３４】そして、貯気槽２１から高圧の空気（常
温）を送出して調圧弁２２により所定に調整する。この
空気は断熱筒２３の一端部（空気流れ方向上流側端部）
から内部に送り込む。この加熱ガスは断熱筒２３の内部
を他端部（空気流れ方向下流側端部）へ向けて流れて蓄
熱体構造体２４における角パイプをなす各蓄熱体５１に
より形成される通路の内部を通過する。ここで、蓄熱体
構造体２４における各蓄熱体５１は熱を放出しており、
各蓄熱体５１により形成される通路の内部を通過する空
気は放出される熱により所定温度まで加熱される。次い
で、加熱された空気は各金網２５の網目を夫々通過して
流れを整え、仕切弁２８を通過してノズル２９から吹出
されて測定カート（風洞）３０を高速の気流として流れ
る。測定カート３０では模型を置いて気流と係る種々の
実験を行なう。

【００３５】なお、本発明は前述した実施の形態に限定
されず、種々変形して実施することができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明の風洞装置によれば、単一の断熱
筒の内部に蓄熱体と整流用部材を組込んで、従来におけ
る蓄熱体を内蔵した加熱筒と整流用部材を内蔵した整流
筒とを一体化したものであるので、蓄熱体を内蔵した加
熱筒と整流用部材を内蔵した整流筒とを独立して設ける
構成に比較して設備が大幅に小規模になり、これに伴い
設備を製作する費用および設備を設置する費用が大幅に
低減できるととともに、設備を設置するためにスペース
も大幅に縮小できる。そして、断熱筒の他端部とノズル
との間に熱遮断手段を設けたので、バーナにより蓄熱体
を加熱する加熱ガスの熱が断熱筒からノズルおよび測定
カートへの熱の移動を阻止してノズルおよび測定カート
が高温の熱により悪影響を受けることを防止できる。

【００３７】本発明によれば、断熱筒が直線をなすの
で、断熱筒の構成と、蓄熱体構造体および整流用部材を
配置する構成が簡素であり、断熱筒を製作する費用と蓄
熱体構造体および整流用部材を配置する作業の費用を低
く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における風洞装置を模式
的に示す図。

【図２】同実施の形態の風洞装置における断熱筒を示す
断面図。

【図３】同実施の形態の風洞装置における蓄熱体を示す
図。

【図４】同実施の形態の風洞装置における断熱筒の壁部
を拡大して示す図。

【図５】同実施の形態の風洞装置における断熱筒の壁部
を拡大して示す図。

【図６】従来の風洞装置を模式的に示す図。

【符号の説明】

２１…貯気槽 ２２…調圧弁 ２３…断熱筒 ２４…蓄熱体構造体 ２５…金網（整流用部材） ２６…煙突 ２７…バーナ ２８…仕切弁 ２９…ノズル ３０…測定カート ５１…蓄熱体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加圧された空気を貯えた気体供給源と、
   壁部が断熱構造とされた筒体をなし前記貯気槽から吹出
   された空気が一端部から送り込まれる断熱筒と、この断
   熱筒の他端部から空気を吹出すノズルと、このノズルか
   ら吹出された空気の気流を流す測定カートと、前記断熱
   筒の内部に設けられ前記気体供給源から送り込まれた空
   気を加熱する蓄熱体と、前記断熱体の内部に前記蓄熱体
   に対して空気移動方向下流側に設けられ前記蓄熱体を通
   過して加熱された空気を整流する整流用部材と、前記断
   熱筒の他端部に設けられ前記断熱筒の内部に加熱ガスを
   吹き込んで前記整流用部材を介して前記蓄熱体を加熱す
   るバーナと、前記断熱筒の他端部と前記ノズルとの間に
   設けられ前記断熱筒から前記ノズルへの熱の移動を阻止
   する熱遮断手段とを具備することを特徴とする風洞装
   置。
2. 【請求項２】 前記断熱筒は直線をなすものであること
   を特徴とする請求項１に記載の風洞装置。