JP3649712B2 - 風洞試験模型制振アダプタ及び風洞試験模型制振装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風洞内に配置される風洞試験模型の振動を抑制するために使用される風洞試験模型制振アダプタ、この及び制振アダプタを備えた風洞試験模型制振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機模型など風洞試験模型（以下模型と略称する。）に作用する空気力を計測する風洞試験では、風洞内の模型をその後方（風下側）から棒状のスティングで支持している。このスティングの剛性が低いと模型が風洞内の気流によって振動し易くなり、模型に作用する定常空気力の計測が困難となる。
【０００３】
この対策として、スティングを太くして剛性を高めればよいが、そうすると、スティングの太さが風洞内空気力に与える影響（支持干渉という）が大きくなり、計測誤差を大きくする要因となる。このため、スティングの太さは極力細くすることが要請されている。
【０００４】
一方、スティングに高い剛性を求めることなく模型の振動を抑制するための対策として、風洞内の模型とスティングとに連結してこれらの間に配置される制振アダプタを使用することが、ドイツ国特許公報ＤＥ１９５１３０８３Ｃ１で提案されている。この制振アダプタは、外部から電圧が印加される複数の圧電体を有し、各圧電体に発生する起電力出力を入力とするフィードバック制御で、必要な圧電体に適当な電圧を印加することにより、その圧電体の軸方向に沿う機械的変形を利用して、模型の振動に対する逆位相の制振用モーメントを発生させ、このモーメントで模型の振動を抑制するようになっている。
【０００５】
前記公報に記載の制振アダプタは、スティング側に配置される円環状の端板と模型側に配置される円環状の端板とで、周方向に等間隔に配置される多数の圧電体を軸方向両側から挟み、この挟持状態を模型側から両端板を貫通してスティングにねじ込まれる多数のねじ軸で保持している。各ねじ軸は、周方向に隣接する圧電体間に夫々配置されている。このように多数の圧電体とねじ軸とが周方向に交互に配設されている制振アダプタは、その径を細くするには不適当であり、よって模型が小さくなる程使用しづらくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記構成の制振アダプタでは、制振用モーメントを発生する多数の圧電体がスティングと模型とを中継する部品となっているため、各圧電体の寸法精度によってスティングに対する模型の位置が大きく左右され易く、計測誤差を生じ易い。又、各圧電体には、模型を介して大きな荷重が作用するとともに、制振用モーメントを発生させる際に圧電体に引張り作用が働くので、圧電体の一部が破損することがある。この破損に伴う修理をする場合、前記構成の制振アダプタでは全体を分解する手間が必要である。
【０００７】
ところで、圧電体の主要部をなす圧電素子は、圧縮荷重には強いが、引張り荷重には弱く破損し易いことは知られている。そして、既述のように模型の振動に対する逆位相の制振用モーメントを発生させるときには、圧電体に引張り作用が働く。このため、圧電体を有する制振アダプタを用いる場合には、以上のような圧電体の破損を抑制できるようにすることが要請されている。しかし、こうした点については前記公報に記載の制振アダプタでは教示されていない。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、耐久性、修理性、及びスティングに対する模型の位置精度を向上できる風洞試験模型制振アダプタ、及びこのアダプタを備えて風洞試験模型の振動を抑制できる制振装置を得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明に係る風洞試験模型制振アダプタは、外部から電圧が印加される複数の圧電体を有し、軸方向両端部を風洞内の風洞試験模型とスティングとに連結してこれらの間に配置され、前記各圧電体の軸方向に沿う変形を利用して制振用モーメントを発生する風洞試験模型制振アダプタにおいて、模型連結部、スティング連結部、これら両連結部間に設けられた複数のアクチュエータ収容溝、及び前記スティング連結部に寄せて設けられ前記アクチュエータ収容溝に開口するピン受け孔を夫々有したアダプタ本体と、ロッド通孔、ピン通孔、これら両通孔間に設けられて前記ロッド通孔と連通する圧電体収容凹部を夫々有して前記アクチュエータ収容溝に収容されるホルダー、前記圧電体収容凹部に収容された圧電体、及び前記ロッド通孔を貫通し一端が前記模型連結部と前記アクチュエータ収容溝との境界面に当接すると共に、他端が前記圧電体の前記ロッド通孔寄りの端面に当接して設けられたプッシュロッドを備えた複数の圧電アクチュエータと、前記アクチュエータ収容溝に収容された前記圧電アチュエータのピン通孔を通って前記ピン受け孔に挿入され、前記圧電体に圧縮方向のプリロードをかけた状態に前記圧電アチュエータを位置決めしたピンと、を具備している。
【００１０】
この発明の風洞試験模型制振アダプタでは、圧電アクチュエータを、偶数個として、前記アダプタ本体の径方向に対応させて配置させるとよく、又、圧電体は、重ね合わされた複数の圧電素子を接着して形成できる。
【００１１】
又、前記課題を解決するために、本発明に係る風洞試験模型制振装置は、軸方向両端部を風洞内の風洞試験模型とスティングとに連結してこれらの間に配置され、制振用モーメントを発生する請求項１から３の内のいずれか１項に記載の制振アダプタと、この制振アダプタが備える複数の圧電アクチュエータの圧電体が夫々発生する起電力が入力されるとともに、この起電力に基づいて前記風洞試験模型・制振アダプタ・スティングの系の振動を検出する信号処理部、及びこの信号処理部で検出された振動に基づき前記圧電体に電圧を印加して前記検出された振動を打ち消すように前記圧電アクチュエータを逆位相で駆動するアクチュエータ駆動部を有する制振コントローラと、を具備している。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４を参照して本発明の一実施形態を説明する。
【００１３】
図１中符号１は風洞試験をする風洞の測定部を示している。この測定部１には、図１中左から右方に向けて流れる気流に対して直角に交差する支柱２が配置されている。支柱２の下端は風洞アース面に、又、支柱２の上端は風洞天井面に夫々固定されている。この支柱２にはコネクタ３を介して水平な姿勢のスティング４が風上に向けて片持ち支持されている。
【００１４】
スティング４は、高剛性材料例えば鉄の丸棒で作られていて、その先端には風洞試験模型制振アダプタ（以下制振アダプタと略称する。）５を介して例えば航空機模型等の模型（風洞試験模型）６が連結されている。模型６は制振アダプタ５及びスティング４の先端部を覆っている。
【００１５】
図２〜図４に示すように制振アダプタ５は、アダプタ本体７と、複数の圧電アクチュエータ８と、このアクチュエータ８と同数のピン９と、圧電アクチュエータ８と同数の固定ねじ１０とを具備している。
【００１６】
アダプタ本体７は、鉄等の金属製であって、例えば軸部７ａの軸方向前端部からなる模型連結部１１を有するとともに、軸部７ａの軸方向他端部である後端部に、軸部７ａと一体のスティング連結部１２を有している。模型連結部１１には、図２（Ａ）に示すように複数のねじ孔１１ａが設けられている。これらのねじ孔１１ａに螺合される図示しないねじによって、模型連結部１１と模型６とが連結される。スティング連結部１２はたとえば軸部７ａより大径なフランジで形成されている。このスティング連結部１２には、図２（Ａ）及び図４に示すように複数のねじ通孔１２ａが設けられている。これらのねじ通孔１２ａを通ってスティング４の先端部に設けられている図示しないねじ穴に螺合される図示しないねじによって、スティング連結部１２とスティング４とが連結される。したがって、図１に示すように単一のアダプタ本体７を介してスティング４の先端部に模型６が連結されるようになっている。
【００１７】
アダプタ本体７には、その模型連結部１１とスティング連結部１２との間に位置して複数（偶数又は奇数）、好ましくは偶数、例えば２つアクチュエータ収容溝１３が、いずれもアダプタ本体７の中心線（軸線）に対し軸部７ａの周部側に偏って設けられている。これらのアクチュエータ収容溝１３は、アダプタ本体７の径方向に対応して、言い換えれば、アダプタ本体７の周方向に等間隔例えば１８０°離れて形成されていて、いずれも軸部７ａの軸方向に延びている。なお、アクチュエータ収容溝１３を１２０°、９０°、６０°、４５°、３０°ごとに設けて、その数を多くするほど振動抑制をする上ではより好ましい。各アクチュエータ収容溝１３の前端の面は模型連結部１１との境界面Ａをなしている。
【００１８】
アダプタ本体７の軸部７ａには、スティング連結部１２に寄せてピン受け孔１４とこれより前側に位置するねじ孔１５とが、各アクチュエータ収容溝１３ごとに設けられている。アクチュエータ収容溝１３に後述の圧電アクチェータ８が取付けられる前の状態では、ピン受け孔１４及びねじ孔１５はいずれも対応するアクチュエータ収容溝１３の溝奥面に開口している。
【００１９】
図２（Ｂ）、図３、及び図４に示すように圧電アクチュエータ８は、ホルダー２１と、圧電体２２と、プッシュロッド２３とを備えている。
【００２０】
金属製のホルダー２１は圧電体収容凹部２４を有している。ホルダー２１の幅はアクチュエータ収容溝１３と略同幅であり、長さはアクチュエータ収容溝１３より少し短い。圧電体収容凹部２４はホルダー２１の長手方向に延びて形成されているとともに、図２（Ｂ）に例示されるように後述の圧電体２２の電極に接続される図示しない電線の取出し位置に合わせた配線溝２４ａを有している。ホルダー２１の長手方向一端部（前端部）には、この前端部をホルダー２１の長手方向に貫通して、丸孔からなるロッド通孔２５が設けられている。このロッド通孔２５は圧電体収容凹部２４に連通している。ホルダー２１の長手方向他端部（後端部）には、ホルダー２１の厚み方向に延びるピン通孔２６とねじ通孔２７とが夫々設けられている。これらの通孔２６、２７は、いずれも圧電体収容凹部２４から外れている。
【００２１】
圧電体２２は、図示しないが圧電素子とこれに取付けられた電極とを有していて、模型連結部１１へのモーメント付与手段として機能するとともに、例えば振動ピックアップとしても機能する。圧電素子に加わる圧縮応力に基づく圧電効果により振動ピックアップ機能が得られ、この機能でスティング４・制振アダプタ５・模型６の振動系の振動を検出できる。モーメント付与機能は、前記電極に外部から電圧が印加されることにより生じる圧電素子の機械的変形を、模型連結部１１のモーメントとして与える機能である。
【００２２】
この圧電体２２の圧電素子は複数重ね合わされ互いに接着されており、それによって、前記モーメント付与機能を発揮するのに必要充分な機械的変位量を得るようになっている。圧電体２２は圧電体収容凹部２４内に、この凹部２４の内面に接着されることなく単に収容されている。
【００２３】
プッシュロッド２３は、伝達ロッドとして機能するものであって、金属丸棒の後端にフランジ２３ａを設けて形成されている。このロッド２３は、ロッド通孔２５を貫通するとともに、そのフランジ２３ａを圧電体２２の前端に当接させて、圧電体２２とともにホルダー２１に取付けられている。
【００２４】
これら圧電体２２及びプッシュロッド２３のホルダー２１への取付け、つまり、圧電アクチュエータ８の組立は、それ単独でアダプタ本体７とは関わりなく行われる。この場合、はじめに圧電体収容凹部２４の内側からプッシュロッド２３をロッド通孔２５に挿入し、次に、圧電体収容凹部２４に圧電体２２を挿入して収容する。これらの組込み作業では、いずれも寸法上の余裕があって、単に挿入するだけでよいので、圧電アクチュエータ８を容易に組立てることができる。
【００２５】
次に、アダプタ本体７への圧電アクチュエータ８の取付けについて説明する。まず、圧電アクチュエータ８を、そのプッシュロッド２３を前側に配置した姿勢でアクチュエータ収容溝１３内に落とし込むように挿入する。この後に、図示しない工具や治具などを用いて圧電アクチュエータ８を前方に寄せて、プッシュロッド２３の先端を境界面Ａに当接させる。更に、この当接状態を維持したままで、ピン通孔２６がピン受け孔１４に正しく対向するようにホルダー２１を境界面Ａ側に寄せて、ピン通孔２６にピン９を打ち込む。このピン９はピン通孔２６に連通しているピン受け孔１４に挿入して、アクチュエータ収容溝１３内の所定位置に圧電アクチュエータ８を位置決めする。最後に、この位置決め状態で、ねじ孔１５と正しく対向したねじ通孔２７に固定ねじ１０を通してねじ孔１５にねじ込むことにより、圧電アクチュエータ８をアダプタ本体７に固定する。以上の手順を各圧電アクチュエータ８について繰返すことにより、制振アダプタ５が組立られる。
【００２６】
又、必要に応じて、以上と逆の手順でアダプタ本体７から各圧電アクチュエータ８を個別に取外すことができる。この場合、必要な圧電アクチュエータ８の取外しにおいて、他の圧電アクチュエータ８を取外す必要がなく、言い換えれば、制振アダプタ５全体の分解を伴うことがない。以上のようにアダプタ本体７に対する各圧電アクチュエータ８の組込みが互いに独立しているので、一つの圧電アクチュエータ８の修理が必要な場合に、当該圧電アクチュエータ８だけを他の圧電アクチュエータ８の取付け状態を損なうことなく着脱できる。すなわち、制振アダプタ５全体の分解を伴うことなく、修理が必要な圧電アクチュエータ８の修理できるので、修理性に優れるものである。
【００２７】
ところで、前記のように境界面Ａを基準としてアクチュエータ収容溝１３に組込まれる圧電アクチュエータ８は、その組込みに伴って、境界面Ａで動き止めされたプッシュロッド２３に対してホルダー２１が相対的に境界面Ａ側に移動される。このため、圧電体２２は、プッシュロッド２３でスティング連結部１２側に押圧されて、このロッド２３のフランジ２３ａと圧電体収容凹部２４のスティング連結部１２側の後端面２４ｂとの間に圧縮状態に挟持される。
【００２８】
したがって、圧電体２２にこれを圧縮する方向のプリロードをかけた状態に各圧電アクチュエータ８を組込んで、制振アダプタ５が組立られる。この場合、アダプタ本体７に対する圧電アクチュエータ８の取付け位置が、境界面Ａとピン通孔２６に打ち込まれたピン９とで決められることで、前記プリロードの大きさを容易に管理できる。
【００２９】
図１中符号３１は制振アダプタ５と電線を介して電気的に接続された制振コントローラ３１を示し、これは風洞の外に配置されている。この制振コントローラ３１と制振アダプタ５とを具備して風洞試験模型制振装置が構成されている。制振コントローラ３１は、ファイードバック制御を担うものであって、信号処理部３２と、アクチュエータ駆動部３３とを備えている。又、図１中符号３４は各圧電体２２の夫々が発生する起電力出力を検出し・記録するデータ計測装置を示している。
【００３０】
信号処理部３２は、これに入力される信号、つまり、制振アダプタ５の各圧電体２２の夫々が発生する起電力出力に基づいて、この起電力出力を増幅した上で模型６・制振アダプタ５・スティング４の系の振動の大きさや方向を求める信号処理を担っている。信号処理部３２での処理情報はアクチュエータ駆動部３３に供給される。アクチュエータ駆動部３３は、信号処理部３２で検出された前記系の振動に基づいて必要な圧電体２２に適当な電圧を印加して、検出された振動を打ち消すように必要な圧電アクチュエータ８を逆位相で駆動するように形成されている。
【００３１】
風洞試験において、模型６・制振アダプタ５・スティング４の系が気流の影響で振動をする場合、アダプタ本体７には曲げ力が作用するので、それが曲る方向に位置する（例えば図３で下側位置の）境界面Ａは、これに対応する下側位置の圧電体２２に寄るように変位し、同時に、前記下側位置の境界面Ａに対してアダプタ本体７の径方向に対をなして位置する（例えば図３で上側位置の）他の境界面Ａは、これに対応する上側位置の圧電体２２から離れるように変位する。これに伴い、図３で下側位置の圧電体２２に対する圧縮負荷が大きくなり、それに応じた起電力を下側位置の圧電体２２が発生するとともに、図３で上側位置の圧電体２に対する圧縮負荷は減少するので、それに応じた起電力を上側位置の圧電体２２が発生する。
【００３２】
これら各圧電体２２の起電力出力は夫々信号処理部３２等に供給されるので、信号処理部３２での信号処理により、模型６・制振アダプタ５・スティング４の系の振動の大きさや方向が求められ、その処理情報はアクチュエータ駆動部３３に供給される。この処理情報に基づいてアクチュエータ駆動部３３は、検出された振動を打ち消すために必要な圧電アクチュエータ８、つまり、曲げ方向に位置する圧電アクチュエータ８（前記例では図３中下側位置の圧電アクチュエータ８）の圧電体２２に、検出された振動の大きさに見合った適当な電圧を印加して、この圧電体２２を前記振動とは逆位相で駆動する。それにより、図３中下側位置の圧電体２２が軸方向に延びるように機械的に変形するので、その変形に応じた力がプッシュロッド２３を介して図３中下側位置の境界面Ａに与えられる。この押力によって模型連結部１１には、それに連結された模型６の振動に対する制振用モーメントが発生するので、このモーメントによって前記系の模型６の振動を抑制できる。
【００３３】
以上のフィードバック制御による振動抑制において、模型６の振動を打ち消す逆位相の制振用モーメントを模型連結部１１に発生させる圧電体２２の機械的変形は、この圧電体２２に対する引張り力として働く。しかし、圧電体２２にはプッシュロッド２３によってプリロードがかけられているので、このプリロードで前記引張り力を相殺できる。したがって、前記振動抑制動作に伴って圧電体２２が破損することは抑制され、制振アダプタ５の耐久性を向上できる。
【００３４】
又、前記構成の制振アダプタ５は、その単一のアダプタ本体７で、模型６と、この模型６を風下側から支持するスティング４とを連結しているとともに、アダプタ本体７の両端部間に複数の圧電アクチュエータ８を組込んでいる。このため、各圧電アクチュエータ８の圧電体２２に寸法のばらつきがあったとしても、それがスティング４に対する模型６の位置精度に影響することはない。したがって、前記構成の制振アダプタ５を用いることによって、スティング４に対する模型６の位置精度が向上された条件下で、風洞試験をすることが可能であり、風洞試験の信頼性を向上できる。
【００３５】
ところで、以上説明した第１実施形態に制約されず、制振アダプタ５は、アダプタ本体７の周方向に互いに間隔的に配置される圧電アクチュエータ８をより多くアダプタ本体７に組込むことが可能である。この場合、制振アダプタ５は、模型６とスティング４とを連結するアダプタ本体７内に複数の圧電アクチュエータ８を組込んでいるので、模型６とスティング４とを連結するためのねじ軸などの部品を、アダプタ本体７の周方向に沿って圧電アクチュエータ８と交互に設ける必要がない。このため、より多くの圧電アクチュエータ８をアダプタ本体７の周方向に互いに近づけてアダプタ本体７に組込むことが可能であるので、既述のように圧電アクチュエータ８を３個以上設ける場合、軸部７ａの径をさほど大きくすることなく構成できる。したがって、模型６が小さくても、この模型６にアダプタ本体７の軸部７ａを組み込むことが可能である。
【００３６】
なお、前記実施形態では、圧電体２２を振動ピックアップとして兼ねるようにしたので、構成が簡単で優れているが、これに本発明は制限されない。すなわち、制振アダプタとは別に力検出センサを設けて、例えば模型の内部に取付けた天秤（つまり力検出センサ）の信号を用いて振動検出を行って、それに基づいて制振アダプタに検出振動に応じたモーメント付与機能を発揮させて風洞試験模型の制振を行わせるようにすることもできる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の風洞試験模型制振アダプタでは、その単一のアダプタ本体で風洞試験模型とスティングとを連結するので、複数の圧電体に寸法のばらつきがあったとしても、それがスティングに対する模型の位置精度に影響することがない。このため、本発明の風洞試験模型制振アダプタを用いることによって、スティングに対する模型の位置精度が向上された条件下で、風洞試験をすることが可能となる。
【００３８】
本発明の風洞試験模型制振アダプタでは、アダプタ本体に対する各圧電アクチュエータの組込みが互いに独立しているので、一つの圧電アクチュエータの修理が必要な場合に、当該各圧電アクチュエータだけを他の圧電アクチュエータの取付け状態を損なうことなく着脱できる。このように制振アダプタ全体の分解を伴うことなく、修理が必要な圧電アクチュエータの修理ができるので、修理性に優れる。
【００３９】
本発明の風洞試験模型制振アダプタでは、各圧電アクチュエータの圧電体にこれを圧縮する方向のプリロードをかけているので、駆動される圧電体に引張り力が作用した時に、この力を相殺できる。このため、本発明の風洞試験模型制振アダプタは耐久性に優れる。
【００４０】
又、本発明の風洞試験模型制振装置では、既述のように耐久性、修理性、及びスティングに対する模型の位置精度を向上できる風洞試験模型制振アダプタを備え、このアダプタの圧電体が発生する起電力を元に、模型・制振アダプタ・スティングの系の振動を打ち消すように各圧電アクチュエータを制振コントローラで駆動するので、風洞内の風洞試験模型の振動を抑制できる風洞試験模型制振装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る風洞試験模型制振装置の構成を概略的に示す図。
【図２】（Ａ）は図１の風洞試験模型制振装置が備える風洞試験模型制振アダプタを示す正面図。
（Ｂ）は図２（Ａ）の制振アダプタを示す平面図。
【図３】図２（Ｂ）中Ｚ−Ｚ線に沿って示す制振アダプタの断面図。
【図４】図３中Ｙ−Ｙ線に沿って示す制振アダプタの断面図。
【符号の説明】
１…風洞の測定部
４…スティング
５…風洞試験模型制振アダプタ
６…風洞試験模型
７…アダプタ本体
８…圧電アクチュエータ
９…ピン
１１…模型連結部
１２…スティング連結部
Ａ…境界面
１３…アクチュエータ収容溝
１４…ピン受け孔
２１…ホルダー
２２…圧電体
２３…プッシュロッド
２４…圧電体収容凹部
２５…ロッド通孔
２６…ピン通孔
３１…制振コントローラ
３２…信号処理部
３３…アクチュエータ駆動部
【発明の属する技術分野】
本発明は、風洞内に配置される風洞試験模型の振動を抑制するために使用される風洞試験模型制振アダプタ、この及び制振アダプタを備えた風洞試験模型制振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機模型など風洞試験模型（以下模型と略称する。）に作用する空気力を計測する風洞試験では、風洞内の模型をその後方（風下側）から棒状のスティングで支持している。このスティングの剛性が低いと模型が風洞内の気流によって振動し易くなり、模型に作用する定常空気力の計測が困難となる。
【０００３】
この対策として、スティングを太くして剛性を高めればよいが、そうすると、スティングの太さが風洞内空気力に与える影響（支持干渉という）が大きくなり、計測誤差を大きくする要因となる。このため、スティングの太さは極力細くすることが要請されている。
【０００４】
一方、スティングに高い剛性を求めることなく模型の振動を抑制するための対策として、風洞内の模型とスティングとに連結してこれらの間に配置される制振アダプタを使用することが、ドイツ国特許公報ＤＥ１９５１３０８３Ｃ１で提案されている。この制振アダプタは、外部から電圧が印加される複数の圧電体を有し、各圧電体に発生する起電力出力を入力とするフィードバック制御で、必要な圧電体に適当な電圧を印加することにより、その圧電体の軸方向に沿う機械的変形を利用して、模型の振動に対する逆位相の制振用モーメントを発生させ、このモーメントで模型の振動を抑制するようになっている。
【０００５】
前記公報に記載の制振アダプタは、スティング側に配置される円環状の端板と模型側に配置される円環状の端板とで、周方向に等間隔に配置される多数の圧電体を軸方向両側から挟み、この挟持状態を模型側から両端板を貫通してスティングにねじ込まれる多数のねじ軸で保持している。各ねじ軸は、周方向に隣接する圧電体間に夫々配置されている。このように多数の圧電体とねじ軸とが周方向に交互に配設されている制振アダプタは、その径を細くするには不適当であり、よって模型が小さくなる程使用しづらくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記構成の制振アダプタでは、制振用モーメントを発生する多数の圧電体がスティングと模型とを中継する部品となっているため、各圧電体の寸法精度によってスティングに対する模型の位置が大きく左右され易く、計測誤差を生じ易い。又、各圧電体には、模型を介して大きな荷重が作用するとともに、制振用モーメントを発生させる際に圧電体に引張り作用が働くので、圧電体の一部が破損することがある。この破損に伴う修理をする場合、前記構成の制振アダプタでは全体を分解する手間が必要である。
【０００７】
ところで、圧電体の主要部をなす圧電素子は、圧縮荷重には強いが、引張り荷重には弱く破損し易いことは知られている。そして、既述のように模型の振動に対する逆位相の制振用モーメントを発生させるときには、圧電体に引張り作用が働く。このため、圧電体を有する制振アダプタを用いる場合には、以上のような圧電体の破損を抑制できるようにすることが要請されている。しかし、こうした点については前記公報に記載の制振アダプタでは教示されていない。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、耐久性、修理性、及びスティングに対する模型の位置精度を向上できる風洞試験模型制振アダプタ、及びこのアダプタを備えて風洞試験模型の振動を抑制できる制振装置を得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明に係る風洞試験模型制振アダプタは、外部から電圧が印加される複数の圧電体を有し、軸方向両端部を風洞内の風洞試験模型とスティングとに連結してこれらの間に配置され、前記各圧電体の軸方向に沿う変形を利用して制振用モーメントを発生する風洞試験模型制振アダプタにおいて、模型連結部、スティング連結部、これら両連結部間に設けられた複数のアクチュエータ収容溝、及び前記スティング連結部に寄せて設けられ前記アクチュエータ収容溝に開口するピン受け孔を夫々有したアダプタ本体と、ロッド通孔、ピン通孔、これら両通孔間に設けられて前記ロッド通孔と連通する圧電体収容凹部を夫々有して前記アクチュエータ収容溝に収容されるホルダー、前記圧電体収容凹部に収容された圧電体、及び前記ロッド通孔を貫通し一端が前記模型連結部と前記アクチュエータ収容溝との境界面に当接すると共に、他端が前記圧電体の前記ロッド通孔寄りの端面に当接して設けられたプッシュロッドを備えた複数の圧電アクチュエータと、前記アクチュエータ収容溝に収容された前記圧電アチュエータのピン通孔を通って前記ピン受け孔に挿入され、前記圧電体に圧縮方向のプリロードをかけた状態に前記圧電アチュエータを位置決めしたピンと、を具備している。
【００１０】
この発明の風洞試験模型制振アダプタでは、圧電アクチュエータを、偶数個として、前記アダプタ本体の径方向に対応させて配置させるとよく、又、圧電体は、重ね合わされた複数の圧電素子を接着して形成できる。
【００１１】
又、前記課題を解決するために、本発明に係る風洞試験模型制振装置は、軸方向両端部を風洞内の風洞試験模型とスティングとに連結してこれらの間に配置され、制振用モーメントを発生する請求項１から３の内のいずれか１項に記載の制振アダプタと、この制振アダプタが備える複数の圧電アクチュエータの圧電体が夫々発生する起電力が入力されるとともに、この起電力に基づいて前記風洞試験模型・制振アダプタ・スティングの系の振動を検出する信号処理部、及びこの信号処理部で検出された振動に基づき前記圧電体に電圧を印加して前記検出された振動を打ち消すように前記圧電アクチュエータを逆位相で駆動するアクチュエータ駆動部を有する制振コントローラと、を具備している。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４を参照して本発明の一実施形態を説明する。
【００１３】
図１中符号１は風洞試験をする風洞の測定部を示している。この測定部１には、図１中左から右方に向けて流れる気流に対して直角に交差する支柱２が配置されている。支柱２の下端は風洞アース面に、又、支柱２の上端は風洞天井面に夫々固定されている。この支柱２にはコネクタ３を介して水平な姿勢のスティング４が風上に向けて片持ち支持されている。
【００１４】
スティング４は、高剛性材料例えば鉄の丸棒で作られていて、その先端には風洞試験模型制振アダプタ（以下制振アダプタと略称する。）５を介して例えば航空機模型等の模型（風洞試験模型）６が連結されている。模型６は制振アダプタ５及びスティング４の先端部を覆っている。
【００１５】
図２〜図４に示すように制振アダプタ５は、アダプタ本体７と、複数の圧電アクチュエータ８と、このアクチュエータ８と同数のピン９と、圧電アクチュエータ８と同数の固定ねじ１０とを具備している。
【００１６】
アダプタ本体７は、鉄等の金属製であって、例えば軸部７ａの軸方向前端部からなる模型連結部１１を有するとともに、軸部７ａの軸方向他端部である後端部に、軸部７ａと一体のスティング連結部１２を有している。模型連結部１１には、図２（Ａ）に示すように複数のねじ孔１１ａが設けられている。これらのねじ孔１１ａに螺合される図示しないねじによって、模型連結部１１と模型６とが連結される。スティング連結部１２はたとえば軸部７ａより大径なフランジで形成されている。このスティング連結部１２には、図２（Ａ）及び図４に示すように複数のねじ通孔１２ａが設けられている。これらのねじ通孔１２ａを通ってスティング４の先端部に設けられている図示しないねじ穴に螺合される図示しないねじによって、スティング連結部１２とスティング４とが連結される。したがって、図１に示すように単一のアダプタ本体７を介してスティング４の先端部に模型６が連結されるようになっている。
【００１７】
アダプタ本体７には、その模型連結部１１とスティング連結部１２との間に位置して複数（偶数又は奇数）、好ましくは偶数、例えば２つアクチュエータ収容溝１３が、いずれもアダプタ本体７の中心線（軸線）に対し軸部７ａの周部側に偏って設けられている。これらのアクチュエータ収容溝１３は、アダプタ本体７の径方向に対応して、言い換えれば、アダプタ本体７の周方向に等間隔例えば１８０°離れて形成されていて、いずれも軸部７ａの軸方向に延びている。なお、アクチュエータ収容溝１３を１２０°、９０°、６０°、４５°、３０°ごとに設けて、その数を多くするほど振動抑制をする上ではより好ましい。各アクチュエータ収容溝１３の前端の面は模型連結部１１との境界面Ａをなしている。
【００１８】
アダプタ本体７の軸部７ａには、スティング連結部１２に寄せてピン受け孔１４とこれより前側に位置するねじ孔１５とが、各アクチュエータ収容溝１３ごとに設けられている。アクチュエータ収容溝１３に後述の圧電アクチェータ８が取付けられる前の状態では、ピン受け孔１４及びねじ孔１５はいずれも対応するアクチュエータ収容溝１３の溝奥面に開口している。
【００１９】
図２（Ｂ）、図３、及び図４に示すように圧電アクチュエータ８は、ホルダー２１と、圧電体２２と、プッシュロッド２３とを備えている。
【００２０】
金属製のホルダー２１は圧電体収容凹部２４を有している。ホルダー２１の幅はアクチュエータ収容溝１３と略同幅であり、長さはアクチュエータ収容溝１３より少し短い。圧電体収容凹部２４はホルダー２１の長手方向に延びて形成されているとともに、図２（Ｂ）に例示されるように後述の圧電体２２の電極に接続される図示しない電線の取出し位置に合わせた配線溝２４ａを有している。ホルダー２１の長手方向一端部（前端部）には、この前端部をホルダー２１の長手方向に貫通して、丸孔からなるロッド通孔２５が設けられている。このロッド通孔２５は圧電体収容凹部２４に連通している。ホルダー２１の長手方向他端部（後端部）には、ホルダー２１の厚み方向に延びるピン通孔２６とねじ通孔２７とが夫々設けられている。これらの通孔２６、２７は、いずれも圧電体収容凹部２４から外れている。
【００２１】
圧電体２２は、図示しないが圧電素子とこれに取付けられた電極とを有していて、模型連結部１１へのモーメント付与手段として機能するとともに、例えば振動ピックアップとしても機能する。圧電素子に加わる圧縮応力に基づく圧電効果により振動ピックアップ機能が得られ、この機能でスティング４・制振アダプタ５・模型６の振動系の振動を検出できる。モーメント付与機能は、前記電極に外部から電圧が印加されることにより生じる圧電素子の機械的変形を、模型連結部１１のモーメントとして与える機能である。
【００２２】
この圧電体２２の圧電素子は複数重ね合わされ互いに接着されており、それによって、前記モーメント付与機能を発揮するのに必要充分な機械的変位量を得るようになっている。圧電体２２は圧電体収容凹部２４内に、この凹部２４の内面に接着されることなく単に収容されている。
【００２３】
プッシュロッド２３は、伝達ロッドとして機能するものであって、金属丸棒の後端にフランジ２３ａを設けて形成されている。このロッド２３は、ロッド通孔２５を貫通するとともに、そのフランジ２３ａを圧電体２２の前端に当接させて、圧電体２２とともにホルダー２１に取付けられている。
【００２４】
これら圧電体２２及びプッシュロッド２３のホルダー２１への取付け、つまり、圧電アクチュエータ８の組立は、それ単独でアダプタ本体７とは関わりなく行われる。この場合、はじめに圧電体収容凹部２４の内側からプッシュロッド２３をロッド通孔２５に挿入し、次に、圧電体収容凹部２４に圧電体２２を挿入して収容する。これらの組込み作業では、いずれも寸法上の余裕があって、単に挿入するだけでよいので、圧電アクチュエータ８を容易に組立てることができる。
【００２５】
次に、アダプタ本体７への圧電アクチュエータ８の取付けについて説明する。まず、圧電アクチュエータ８を、そのプッシュロッド２３を前側に配置した姿勢でアクチュエータ収容溝１３内に落とし込むように挿入する。この後に、図示しない工具や治具などを用いて圧電アクチュエータ８を前方に寄せて、プッシュロッド２３の先端を境界面Ａに当接させる。更に、この当接状態を維持したままで、ピン通孔２６がピン受け孔１４に正しく対向するようにホルダー２１を境界面Ａ側に寄せて、ピン通孔２６にピン９を打ち込む。このピン９はピン通孔２６に連通しているピン受け孔１４に挿入して、アクチュエータ収容溝１３内の所定位置に圧電アクチュエータ８を位置決めする。最後に、この位置決め状態で、ねじ孔１５と正しく対向したねじ通孔２７に固定ねじ１０を通してねじ孔１５にねじ込むことにより、圧電アクチュエータ８をアダプタ本体７に固定する。以上の手順を各圧電アクチュエータ８について繰返すことにより、制振アダプタ５が組立られる。
【００２６】
又、必要に応じて、以上と逆の手順でアダプタ本体７から各圧電アクチュエータ８を個別に取外すことができる。この場合、必要な圧電アクチュエータ８の取外しにおいて、他の圧電アクチュエータ８を取外す必要がなく、言い換えれば、制振アダプタ５全体の分解を伴うことがない。以上のようにアダプタ本体７に対する各圧電アクチュエータ８の組込みが互いに独立しているので、一つの圧電アクチュエータ８の修理が必要な場合に、当該圧電アクチュエータ８だけを他の圧電アクチュエータ８の取付け状態を損なうことなく着脱できる。すなわち、制振アダプタ５全体の分解を伴うことなく、修理が必要な圧電アクチュエータ８の修理できるので、修理性に優れるものである。
【００２７】
ところで、前記のように境界面Ａを基準としてアクチュエータ収容溝１３に組込まれる圧電アクチュエータ８は、その組込みに伴って、境界面Ａで動き止めされたプッシュロッド２３に対してホルダー２１が相対的に境界面Ａ側に移動される。このため、圧電体２２は、プッシュロッド２３でスティング連結部１２側に押圧されて、このロッド２３のフランジ２３ａと圧電体収容凹部２４のスティング連結部１２側の後端面２４ｂとの間に圧縮状態に挟持される。
【００２８】
したがって、圧電体２２にこれを圧縮する方向のプリロードをかけた状態に各圧電アクチュエータ８を組込んで、制振アダプタ５が組立られる。この場合、アダプタ本体７に対する圧電アクチュエータ８の取付け位置が、境界面Ａとピン通孔２６に打ち込まれたピン９とで決められることで、前記プリロードの大きさを容易に管理できる。
【００２９】
図１中符号３１は制振アダプタ５と電線を介して電気的に接続された制振コントローラ３１を示し、これは風洞の外に配置されている。この制振コントローラ３１と制振アダプタ５とを具備して風洞試験模型制振装置が構成されている。制振コントローラ３１は、ファイードバック制御を担うものであって、信号処理部３２と、アクチュエータ駆動部３３とを備えている。又、図１中符号３４は各圧電体２２の夫々が発生する起電力出力を検出し・記録するデータ計測装置を示している。
【００３０】
信号処理部３２は、これに入力される信号、つまり、制振アダプタ５の各圧電体２２の夫々が発生する起電力出力に基づいて、この起電力出力を増幅した上で模型６・制振アダプタ５・スティング４の系の振動の大きさや方向を求める信号処理を担っている。信号処理部３２での処理情報はアクチュエータ駆動部３３に供給される。アクチュエータ駆動部３３は、信号処理部３２で検出された前記系の振動に基づいて必要な圧電体２２に適当な電圧を印加して、検出された振動を打ち消すように必要な圧電アクチュエータ８を逆位相で駆動するように形成されている。
【００３１】
風洞試験において、模型６・制振アダプタ５・スティング４の系が気流の影響で振動をする場合、アダプタ本体７には曲げ力が作用するので、それが曲る方向に位置する（例えば図３で下側位置の）境界面Ａは、これに対応する下側位置の圧電体２２に寄るように変位し、同時に、前記下側位置の境界面Ａに対してアダプタ本体７の径方向に対をなして位置する（例えば図３で上側位置の）他の境界面Ａは、これに対応する上側位置の圧電体２２から離れるように変位する。これに伴い、図３で下側位置の圧電体２２に対する圧縮負荷が大きくなり、それに応じた起電力を下側位置の圧電体２２が発生するとともに、図３で上側位置の圧電体２に対する圧縮負荷は減少するので、それに応じた起電力を上側位置の圧電体２２が発生する。
【００３２】
これら各圧電体２２の起電力出力は夫々信号処理部３２等に供給されるので、信号処理部３２での信号処理により、模型６・制振アダプタ５・スティング４の系の振動の大きさや方向が求められ、その処理情報はアクチュエータ駆動部３３に供給される。この処理情報に基づいてアクチュエータ駆動部３３は、検出された振動を打ち消すために必要な圧電アクチュエータ８、つまり、曲げ方向に位置する圧電アクチュエータ８（前記例では図３中下側位置の圧電アクチュエータ８）の圧電体２２に、検出された振動の大きさに見合った適当な電圧を印加して、この圧電体２２を前記振動とは逆位相で駆動する。それにより、図３中下側位置の圧電体２２が軸方向に延びるように機械的に変形するので、その変形に応じた力がプッシュロッド２３を介して図３中下側位置の境界面Ａに与えられる。この押力によって模型連結部１１には、それに連結された模型６の振動に対する制振用モーメントが発生するので、このモーメントによって前記系の模型６の振動を抑制できる。
【００３３】
以上のフィードバック制御による振動抑制において、模型６の振動を打ち消す逆位相の制振用モーメントを模型連結部１１に発生させる圧電体２２の機械的変形は、この圧電体２２に対する引張り力として働く。しかし、圧電体２２にはプッシュロッド２３によってプリロードがかけられているので、このプリロードで前記引張り力を相殺できる。したがって、前記振動抑制動作に伴って圧電体２２が破損することは抑制され、制振アダプタ５の耐久性を向上できる。
【００３４】
又、前記構成の制振アダプタ５は、その単一のアダプタ本体７で、模型６と、この模型６を風下側から支持するスティング４とを連結しているとともに、アダプタ本体７の両端部間に複数の圧電アクチュエータ８を組込んでいる。このため、各圧電アクチュエータ８の圧電体２２に寸法のばらつきがあったとしても、それがスティング４に対する模型６の位置精度に影響することはない。したがって、前記構成の制振アダプタ５を用いることによって、スティング４に対する模型６の位置精度が向上された条件下で、風洞試験をすることが可能であり、風洞試験の信頼性を向上できる。
【００３５】
ところで、以上説明した第１実施形態に制約されず、制振アダプタ５は、アダプタ本体７の周方向に互いに間隔的に配置される圧電アクチュエータ８をより多くアダプタ本体７に組込むことが可能である。この場合、制振アダプタ５は、模型６とスティング４とを連結するアダプタ本体７内に複数の圧電アクチュエータ８を組込んでいるので、模型６とスティング４とを連結するためのねじ軸などの部品を、アダプタ本体７の周方向に沿って圧電アクチュエータ８と交互に設ける必要がない。このため、より多くの圧電アクチュエータ８をアダプタ本体７の周方向に互いに近づけてアダプタ本体７に組込むことが可能であるので、既述のように圧電アクチュエータ８を３個以上設ける場合、軸部７ａの径をさほど大きくすることなく構成できる。したがって、模型６が小さくても、この模型６にアダプタ本体７の軸部７ａを組み込むことが可能である。
【００３６】
なお、前記実施形態では、圧電体２２を振動ピックアップとして兼ねるようにしたので、構成が簡単で優れているが、これに本発明は制限されない。すなわち、制振アダプタとは別に力検出センサを設けて、例えば模型の内部に取付けた天秤（つまり力検出センサ）の信号を用いて振動検出を行って、それに基づいて制振アダプタに検出振動に応じたモーメント付与機能を発揮させて風洞試験模型の制振を行わせるようにすることもできる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の風洞試験模型制振アダプタでは、その単一のアダプタ本体で風洞試験模型とスティングとを連結するので、複数の圧電体に寸法のばらつきがあったとしても、それがスティングに対する模型の位置精度に影響することがない。このため、本発明の風洞試験模型制振アダプタを用いることによって、スティングに対する模型の位置精度が向上された条件下で、風洞試験をすることが可能となる。
【００３８】
本発明の風洞試験模型制振アダプタでは、アダプタ本体に対する各圧電アクチュエータの組込みが互いに独立しているので、一つの圧電アクチュエータの修理が必要な場合に、当該各圧電アクチュエータだけを他の圧電アクチュエータの取付け状態を損なうことなく着脱できる。このように制振アダプタ全体の分解を伴うことなく、修理が必要な圧電アクチュエータの修理ができるので、修理性に優れる。
【００３９】
本発明の風洞試験模型制振アダプタでは、各圧電アクチュエータの圧電体にこれを圧縮する方向のプリロードをかけているので、駆動される圧電体に引張り力が作用した時に、この力を相殺できる。このため、本発明の風洞試験模型制振アダプタは耐久性に優れる。
【００４０】
又、本発明の風洞試験模型制振装置では、既述のように耐久性、修理性、及びスティングに対する模型の位置精度を向上できる風洞試験模型制振アダプタを備え、このアダプタの圧電体が発生する起電力を元に、模型・制振アダプタ・スティングの系の振動を打ち消すように各圧電アクチュエータを制振コントローラで駆動するので、風洞内の風洞試験模型の振動を抑制できる風洞試験模型制振装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る風洞試験模型制振装置の構成を概略的に示す図。
【図２】（Ａ）は図１の風洞試験模型制振装置が備える風洞試験模型制振アダプタを示す正面図。
（Ｂ）は図２（Ａ）の制振アダプタを示す平面図。
【図３】図２（Ｂ）中Ｚ−Ｚ線に沿って示す制振アダプタの断面図。
【図４】図３中Ｙ−Ｙ線に沿って示す制振アダプタの断面図。
【符号の説明】
１…風洞の測定部
４…スティング
５…風洞試験模型制振アダプタ
６…風洞試験模型
７…アダプタ本体
８…圧電アクチュエータ
９…ピン
１１…模型連結部
１２…スティング連結部
Ａ…境界面
１３…アクチュエータ収容溝
１４…ピン受け孔
２１…ホルダー
２２…圧電体
２３…プッシュロッド
２４…圧電体収容凹部
２５…ロッド通孔
２６…ピン通孔
３１…制振コントローラ
３２…信号処理部
３３…アクチュエータ駆動部
Claims (4)
- 外部から電圧が印加される複数の圧電体を有し、軸方向両端部を風洞内の風洞試験模型とスティングとに連結してこれらの間に配置され、前記各圧電体の軸方向に沿う変形を利用して制振用モーメントを発生する風洞試験模型制振アダプタにおいて、
模型連結部、スティング連結部、これら両連結部間に設けられた複数のアクチュエータ収容溝、及び前記スティング連結部に寄せて設けられ前記アクチュエータ収容溝に開口するピン受け孔を夫々有したアダプタ本体と、
ロッド通孔、ピン通孔、これら両通孔間に設けられて前記ロッド通孔と連通する圧電体収容凹部を夫々有して前記アクチュエータ収容溝に収容されるホルダー、前記圧電体収容凹部に収容された圧電体、及び前記ロッド通孔を貫通し一端が前記模型連結部と前記アクチュエータ収納溝との境界面に当接すると共に、他端が前記圧電体の前記ロッド通孔寄りの端面に当接して設けられたプッシュロッドを備えた複数の圧電アクチュエータと、
前記アクチュエータ収容溝に収容された前記圧電アチュエータのピン通孔を通って前記ピン受け孔に挿入され、前記圧電体に圧縮方向のプリロードをかけた状態に前記圧電アチュエータを位置決めしたピンと、
を具備した風洞試験模型制振アダプタ。 - 請求項１に記載の風洞試験模型制振アダプタにおいて、前記圧電アクチュエータが、偶数個であって、前記アダプタ本体の径方向に対応させて配置されている。
- 請求項１又は２に記載の風洞試験模型制振アダプタにおいて、前記圧電体が、重ね合わされた複数の圧電素子を接着して形成されている。
- 軸方向両端部を風洞内の風洞試験模型とスティングとに連結してこれらの間に配置され、制振用モーメントを発生する請求項１から３の内のいずれか１項に記載の制振アダプタと、
この制振アダプタが備える複数の圧電アクチュエータの圧電体が夫々発生する起電力が入力されるとともに、この起電力に基づいて前記風洞試験模型・制振アダプタ・スティングの系の振動を検出する信号処理部、及びこの信号処理部で検出された振動に基づき前記圧電体に電圧を印加して前記検出された振動を打ち消すように前記圧電アクチュエータを逆位相で駆動するアクチュエータ駆動部を有する制振コントローラと、
を具備した風洞試験模型制振装置。
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