JP3140137B2 - ロータリーバランスの調整装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロータリーバランスを
調整する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スピン飛行中の機体に作用する空気力
を、風洞内で縮尺模型を用いロータリーバランスにより
計測することが一般に行われている。ロータリーバラン
ス装置には、例えば、Influence of Wing,Fuselage,and
Tail Design on Rotational Flow Aerodynamics Beyon
d Maximum Lift，P920-925，ed. by William Bihrle J
r.,et.al ，J.AIRCRAFT VOL.18,NO.11 に開示されたも
のがある。

【０００３】この装置は、回転部の重心の静バランスを
カウンターウェイトを用いてとり、振動を抑制する装置
を内装している。この振動抑制装置は、模型の姿勢角に
見合ったロータリーバランスの各部品の変位や模型の取
り付け位置、模型機体の変更等に合わせて、重心を移動
させる量を見積もり、回転系全体の静バランスを計算し
ておく。そして、計算した結果に応じてカウンターウェ
イトの位置を調節する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の振動抑
制装置では、ロータリーバランス系を回転させている最
中に動バランスを調整することはできなかった。

【０００５】これは、試験要求に合致した形態で動バラ
ンスを調整するためには、多量の計算が必要であること
が原因の一つであった。さらに、この計算の基礎となる
ロータリーバランス装置の要素、及び模型の重心位置の
計算精度を向上させることは、実用上困難で、試験に多
くの時間を費やす結果を招いていた。

【０００６】また、試験要求に応じてロータリーバラン
ス系の回転数を変えた場合、全ての回転状態で動バラン
スを許容範囲内に抑制することは困難であった。

【０００７】ロータリーバランス装置を用いた空気力の
計測は、一般に次のようにして行われている。図５のよ
うに、回転体２に模型１が保持され、ハウジング３内の
モータによって回転主軸５１を中心として矢印Ａの方向
に回転する。ハウジング３は、風洞吸込口７に支持部６
により支持され、駆動手段が内蔵されている。図５
（ａ）のように、矢印Ｂの方向に風が模型１に作用して
いる場合、模型１に内挿された天秤で計測される力は、
Ｆw （空気力）＋ＦI1（慣性力等の空気力以外の力）で
ある。また、図５（ｂ）のように風が存在せず、さらに
模型１がエアーシールドチャンバ６１で覆われている場
合に計測される力は、ＦI2である。

【０００８】ここで、ＦI が回転運動により発生する成
分のみから成るならば、図５（ａ）におけるＦI1と図５
（ｂ）におけるＦI2とは一致する。よって、求めるべき
空気力Ｆw は、Ｆw ＝（Ｆw ＋ＦI1）−（ＦI2）より求
めることができる。

【０００９】しかし、模型を含んだロータリーバランス
系全体の回転において、振動を完全に防止することは殆
ど不可能である。このため、風が存在するときのＦI の
成分には、回転成分以外の振動成分が混合することは避
けられない。よって、ロータリーバランス系に風が当た
る場合（図５（ａ））と、風が存在しない場合（図５
（ｂ））とでは、ＦI の値は相違する。このような現象
が、空気力Ｆｗを計測する精度を悪化させる要因となっ
ていた。さらに、Ｆw 以外の成分であるＦI の値自体が
比較的大きく、このことがＦw を測定する上で精度を低
下させていた。

【００１０】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、空気力以外の力ＦI に混合する振動成分を極力抑制
し、ＦI の値を純粋な慣性力に近付けることで、空気力
Ｆw の計測精度を向上させることができるロータリーバ
ランスの調整装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、試験用飛行体
が装着された回転体を回転し、前記試験用飛行体に作用
する力をロータリーバランスにより計測するロータリー
バランスの調整装置であり、前記回転体を駆動する回転
主軸の軸心を通り、この軸心の垂直外方に延びる線上を
変位するカウンターウェイトと、前記カウンターウェイ
トを変位させるカウンターウェイト駆動装置と、前記カ
ウンターウェイト駆動装置を制御するカウンターウェイ
ト制御装置と、前記回転主軸の振動を検出する振動セン
サとを備え、前記振動センサにより検出された前記回転
主軸の振動成分が減少するように、前記カウンターウェ
イト制御装置が前記カウンターウェイト駆動装置に前記
カウンターウェイトを変位させることを特徴としてい
る。

【００１２】

【作用】振動センサにより回転主軸の振動が検出され
る。この振動成分が減少するように、カウンターウェイ
ト制御装置がカウンターウェイト駆動装置の動作を制御
し、この制御によりカウンターウェイトが変位する。こ
れにより、試験用飛行体に作用する力を計測する際に、
計測値に含まれる振動成分を最小とすることができ、測
定精度が向上する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。本実施例によるロータリーバランスの調
整装置を適用したロータリーバランス装置の外観を図２
に示す。ロータリーバランス非回転部１０は、ロータリ
ーバランス系の駆動を行う。振動センサ１３はロータリ
ーバランス系の振動を検出するもので、検出感度を高め
るため、回転主軸４に近い位置に設置されている。具体
的には、振動センサ１３としてＧセンサや歪みセンサ等
が用いられる。カウンターウェイト４４は、ロータリー
バランス系の振動を軽減するために用いられ、カウンタ
ーウェイトアーム４５により支持され、図中矢印Ｅのい
ずれかの方向に移動する。ロータリーバランス回転部２
０は、カウンターウェイト４５の駆動を行う。ロータリ
ーバランス振動軽減装置３０は、ロータリーバランス系
の振動成分が最も小さくなるようにカウンターウェイト
４４の駆動の制御を行う。ロータリーバランス主制御装
置４３は、ロータリーバランス系の回転、及びその振動
を軽減するためカウンターウェイト４４の初期段階の位
置の設定を行う。ここで、ロータリーバランス回転部２
０と他の回転しない要素とは、スリップリング８を介し
て電気的に接続されている。

【００１４】模型１は回転体２により支持され、回転主
軸５１を中心として矢印Ａの方向へ回転する。さらに、
模型１の姿勢や位置を変化させるため、矢印Ｃの方向へ
の回動が可能で、さらに回転軸５２を中心として矢印Ｄ
の方向への回転が可能である。本実施例は、模型１の姿
勢や位置の変化、あるいはロータリーバランス系の回転
数の変化によりロータリーバランス系の慣性モーメント
が変化した場合に、振動成分が最小となるようにカウン
ターウェイト４４の位置を制御するものである。

【００１５】次に、このような本実施例における制御系
の構成を図１を用いて説明する。図２において述べたよ
うに、ロータリーバランス非回転部１０、ロータリーバ
ランス回転部２０、ロータリーバランス振動軽減装置３
０、ロータリーバランス主制御装置４３が設けられてい
る。さらに、ロータリーバランス主制御装置４３とロー
タリーバランス非回転部１０との間に回転用サーボモー
タコントローラ４１が設けられ、ロータリーバランス主
制御装置４３とロータリーバランス回転部２０との間に
はカウンターウェイト駆動用サーボモータコントローラ
４２が設けられている。

【００１６】ロータリーバランス非回転部１０は、回転
主軸４を回転させる回転用サーボモータ１２と、回転主
軸４の回転数を検出する回転用サーボモータエンコーダ
１１を有する。回転用サーボモータエンコーダ１１の出
力端は、回転用サーボモータコントローラ４１に接続さ
れ、回転用サーボモータコントローラ４１の入出力端は
ロータリーバランス主制御装置４３に接続されている。

【００１７】ロータリーバランス回転部２０において、
カウンターウェイト４４がカウンターウェイトアーム４
５により支持されている。カウンターウェイトアーム４
５は、回転送り出しギア２３により矢印Ｅのいずれかの
方向に移動する。この回転送り出しギア２３の駆動は、
カウンターウェイト駆動用サーボモータ２２によってな
され、回転速度はカウンターウェイト駆動用サーボモー
タエンコーダ２１により検出される。カウンターウェイ
ト駆動用サーボモータエンコーダ２１の出力端は、スリ
ップリング８を介してカウンターウェイト駆動用サーボ
モータコントローラ４２の入力端に接続されている。カ
ウンターウェイト駆動用サーボモータコントローラ４２
の出力端は、同様にスリップリング８を介してカウンタ
ーウェイト駆動用サーボモータ２２の入力端に接続され
ている。

【００１８】カウンターウェイト駆動用サーボモータコ
ントローラ４２の入出力端は、ロータリーバランス主制
御装置４３に接続されている。

【００１９】ロータリーバランス振動軽減装置３０にお
いて、回転主軸４の付近には振動センサ１３が取り付け
られ、この振動センサ１３からの出力は波形整形を行う
シグナル・コンディショナ３１に入力される。シグナル
・コンディショナ３１の出力端はＡ／Ｄ変換器３２の入
力端に接続され、Ａ／Ｄ変換器３２の出力端はカウンタ
ーウェイト制御コンピュータ３３の入力端に接続されて
いる。このカウンターウェイト制御コンピュータ３３の
入出力端は、カウンターウェイト駆動用サーボモータコ
ントローラ４２の入出力端に接続されている。

【００２０】このような構成を備えた本実施例は、次の
ような制御動作を行う。カウンターウェイト４４の初期
段階における位置は、予めロータリーバランス主制御装
置４３からの指示に基づいて設定されている。ロータリ
ーバランス主制御装置４３から位置を指定する信号がカ
ウンターウェイト駆動用サーボモータコントローラ４２
に入力され、この信号に基づいてカウンターウェイト駆
動用サーボモータコントローラ４２からサーボモータ制
御電流がカウンターウェイト駆動用サーボモータ２２に
供給される。カウンターウェイト駆動用サーボモータ２
２がこのサーボモータ制御電流により回転し、回転送り
出しギア２３が動作して、カウンターウェイト４４の位
置が設定される。

【００２１】ロータリーバランス主制御装置４３から回
転用サーボモータコントローラ４１へ回転速度を指定す
る信号が与えられ、回転用サーボモータコントローラ４
１から回転用サーボモータ１２へサーボモータ制御電流
が供給される。このサーボモータ制御電流により回転用
サーボモータ１２が動作し、回転主軸４が回転する。回
転主軸４の回転により、模型１、回転体２、カウンター
ウェイト４４を含めたロータリーバランス系が回転す
る。

【００２２】ロータリーバランス系が回転すると、振動
が発生する。ロータリーバランス振動軽減装置３０によ
り、この振動成分を最小にするようにカウンターウェイ
ト４４の位置の調節が行われる。このロータリーバラン
ス振動軽減装置３０による制御動作は、ロータリーバラ
ンス主制御装置４３による初期段階での位置設定が行わ
れた後なされ、ロータリーバランス主制御装置４３から
の位置指定信号に優先して行われる。

【００２３】先ず、振動センサ１３により回転主軸４近
傍の振動成分が検出される。振動センサ１３としてＧセ
ンサが用いられている場合は加速度が検出され、歪みセ
ンサが用いられている場合は回転主軸部材の歪み量が検
出されて電気量に変換され、振動信号として出力され
る。この振動信号は、シグナル・コンディショナ３１で
整形され、Ａ／Ｄ変換器３２でディジタル信号に変換さ
れる。この変換された振動信号は、カウンターウェイト
制御コンピュータ３３に入力される。カウンターウェイ
ト制御コンピュータ３３は、計測された振動成分を記憶
する。そして、カウンターウェイト４４の位置を一定量
移動させるように、カウンターウェイト位置制御信号を
出力する。このカウンターウェイト位置制御信号はカウ
ンターウェイト駆動用サーボモータコントローラ４２に
入力され、この信号に基づいてサーボモータ制御電流が
カウンターウェイト駆動用サーボモータ２２に供給され
る。このモータ２２が回転し、カウンターウェイト４４
がいずれかの方向へ移動する。移動後の振動成分が振動
センサ１３により検出され、移動後の振動成分と移動前
の振動成分とがカウンターウェイト制御コンピュータ３
３により比較される。振動成分が移動前よりも増加して
いれば、カウンターウェイト４４を逆方向へ移動させ、
減少していれば同方向へさらに移動させるようにカウン
ターウェイト位置制御信号を出力する。また、カウンタ
ーウェイト４４の位置に関する情報は、カウンターウェ
イト制御コンピュータ３３に与えられる。カウンターウ
ェイト駆動用サーボモータ２２の回転軸に取り付けられ
たカウンターウェイト駆動用サーボモータエンコーダ２
１により、回転軸が回転した量が検出され、エンコーダ
パルス信号としてカウンターウェイト駆動用サーボモー
タコントローラ４２に入力される。カウンターウェイト
駆動用サーボモータコントローラ４２からカウンターウ
ェイト制御コンピュータ３３へ、カウンターウェイトの
位置を示すデータが与えられる。

【００２４】以上のような動作により、振動成分が最小
となるようにカウンターウェイト４４の位置が制御さ
れ、ロータリーバランス系の重心が容易に調節される。
これにより試験時間が短縮化され、効率が向上する。ま
た、ロータリーバランス系の動バランスの調節が可能で
ある。このため、模型１に作用する空気力Ｆw を計測す
る際に、空気力以外の力ＦI に含まれる振動成分を最小
にして純粋な慣性体に近付けることができ、測定精度が
向上する。

【００２５】上述した実施例は一例であり、本発明を限
定するものではない。例えば、本発明は図１に示された
各手段を必ずしも備える必要はなく、回転主軸の振動成
分が減少するようにカウンターウェイトを変位させるこ
とができるものであればよい。

【００２６】また、カウンターウェイトとその駆動部
分、即ち図１におけるカウンターウェイト４４、カウン
ターウェイトアーム４５、回転送り出しギア２３を図３
のように構成してもよい。カウンターウェイト７７が、
カウンターウェイトレール７４上に摺動可能なように設
けられている。カウンターウェイトレール７４は、両端
のギヤ７５、７６を介してカウンターウェイト駆動軸７
３により回転することができる。カウンターウェイト駆
動軸７３は、アクチュエータ７２により図示されていな
いモータから動力を伝達され、回転する。

【００２７】このカウンターウェイト７７、カウンター
ウェイトレール７４、ギヤ７５，７６、カウンターウェ
イト駆動軸７３、アクチュエータ７２はカバー７１で覆
われている。図３のＦ−Ｆ線に沿う縦断面を図４に示
す。カバー７１は、この図のように流線型の断面形状を
有している。これにより、風洞内で模型１を回転させた
とき、カウンターウェイト７７の周辺に生じる空気抵抗
が小さくなり測定精度が向上する。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のロータリ
ーバランスの調整装置は、振動センサにより検出された
回転主軸の振動成分が減少するように、カウンターウェ
イト制御装置がカウンターウェイト駆動装置にカウンタ
ーウェイトを変位させるため、試験用飛行体に作用する
空気力を計測する際に、計測値に含まれる振動成分を最
小とし、測定精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるロータリーバランスの
調整装置の構成を示したブロック図。

【図２】同調整装置が適用されたロータリーバランス装
置の外観を示した縦断面図。

【図３】本発明の他の実施例によるロータリーバランス
の調整装置の構成を示したブロック図。

【図４】図３におけるＦ−Ｆ線に沿う縦断面を示した断
面図。

【図５】従来のロータリーバランス装置を用いて機体に
作用する空気力を計測するときの外観を示した縦断面
図。

【符号の説明】

１ 模型 ２ 回転体 ３ ハウジング ４ 回転主軸 ６ 支持部 ７ 風洞吸込口 ８ スリップリング １０ ロータリーバランス非回転部 １１ 回転用サーボモータエンコーダ １２ 回転用サーボモータ １３ 振動センサ ２０ ロータリーバランス回転部 ２１ カウンターウェイト駆動用サーボモータエンコー
ダ ２２ カウンターウェイト駆動用サーボモータ ２３ 回転送り出しギア ３０ ロータリーバランス振動軽減装置 ３１ シグナル・コンディショナ ３２ Ａ／Ｄ変換器 ３３ カウンターウェイト制御コンピュータ ４１ 回転用サーボモータコントローラ ４２ カウンターウェイト駆動用サーボモータコントロ
ーラ ４３ ロータリーバランス主制御装置 ４４，７７ カウンターウェイト ４５ カウンターウェイトアーム ７１ カバー ７２ アクチュエータ ７３ カウンターウェイト駆動軸 ７４ カウンターウェイトレール ７５，７６ ギヤ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試験用飛行体が装着された回転体を回転
   し、前記試験用飛行体に作用する力をロータリーバラン
   スにより計測するロータリーバランスの調整装置におい
   て、 前記回転体を駆動する回転主軸の軸心を通り、この軸心
   の垂直外方に延びる線上を変位するカウンターウェイト
   と、 前記カウンターウェイトを変位させるカウンターウェイ
   ト駆動装置と、 前記カウンターウェイト駆動装置の動作を制御するカウ
   ンターウェイト制御装置と、 前記回転主軸の振動を検出する振動センサとを備え、 前記振動センサにより検出された前記回転主軸の振動成
   分が減少するように、前記カウンターウェイト制御装置
   が前記カウンターウェイト駆動装置に前記カウンターウ
   ェイトを変位させることを特徴とするロータリーバラン
   スの調整装置。