JP4061300B2 - 風洞実験装置 - Google Patents

Description

本発明は模擬移動路面となるムービングベルトを送風口と吸入口との相互間に設置して、そのベルト上の被測定車両に作用する空気力を測定する風洞実験装置に関する。

従来、走行中の車両に作用する空気力（抗力と揚力並びに横力）を測定する風洞実験装置では、その被測定車両をムービングベルト上に固定支持する方法として、図６に示すような測定胴の天井面をなす固定架台（１）から垂下させた剛性な支柱（２）によるストラット式か、又は特開平６−３４１９２０号の図５に見られるような多数本のワイヤー（３２）による吊り線式が採用されている。

そして、その前者のストラット式では被測定車両（Ｍ）に内蔵させた分力天秤（３）により、又後者の吊り線式では天井面に設置した荷重計測器（３４）により、その被測定車両（Ｍ）（１１）に作用する空気力の就中揚力を測定・評価している通例である。
特開平６−３４１９２０号公報 特開平７−２２５１７６号公報

ところが、空気力を左右する最大の要因は車体の輪郭形状であって、その車体表面の凹凸により空気の方向性や流速が変化し、これに応じて空気力も変化することになるところ、上記ストラット式の固定支持方法では被測定車両（Ｍ）の車体表面から支柱（２）が張り出し垂立するため、その付近の空気力を測定・評価する精度に悪影響となる。

他方、上記吊り線式の固定支持方法では多数本のワイヤー（３２）を使用する必要上、その支持状態を調整する作業が甚だ煩雑となり、たとえ特開平６−３４１９２０号発明の図１に示された１本のワイヤー（１７）とバネ（１６）を使用するだけにとどめたとしても、弾性を有する線材に依存する限り、その正確な調整状態を得ることが至難の業であることに変りはない。

何れにしても、被測定車両（Ｍ）（１１）をムービングベルト（４）（１２）上に固定支持する従来の方法では、その被測定車両（Ｍ）（１１）のタイヤ（５）（２７）と車体とが所謂縁切れ状態にあり、走行中のタイヤ設置面にかかる荷重を、ムービングベルト（４）（１２）の裏面（下方）から測定することができない。

つまり、被測定車両（Ｍ）（１１）のタイヤ（５）（２７）がムービングベルト（４）（１２）上に設置されても、その荷重はベルト（４）（１２）の裏面に存在する固定板（固定床面）（６）（２４）によって支持されることとなり、その固定板（６）（２４）は測定機能を有さない結果、タイヤ自身の発生する揚力を測定・評価することができないのである。

更に言えば、タイヤ（５）（２７）の荷重を受けたムービングベルト（４）（１２）が、その裏面の固定板（固定床面）（６）（２４）へ押し付けられることになり、大きな摩擦を発生するため、上記ムービングベルト（４）（１２）が早期に摩耗してしまい、その蛇行や損傷などの原因となる問題もある。

本発明はこのような問題点の改良を目的としており、その目的を達成するための構成上、請求項１では被測定車両の模擬移動路面となる無端なムービングベルトを、架台に軸架されたベルト駆動ローラーとベルト従動ローラーとの前後相互間へ巻き掛けて、そのベルト駆動モーターにより風の流れる方向へ回走駆動し、上記ベルト上の被測定車両に作用する空気力を測定する風洞実験装置として、

上記被測定車両における車体の左右両側面又は前輪タイヤと後輪タイヤを支持するサイド支持ワイヤーと、

そのサイド支持ワイヤーの支持点に設置された測定用サイドポストと、

上記ベルトに向かって開口分布する多数のベルト吸着孔を備え、且つそのベルトの下面に並列設置された複数の固定天板と、

その各固定天板の下面へ裏当て一体化されることにより、上記ベルトを固定天板へほぼ水平状態に吸着させるベルト吸着チャンバーと、

上記固定天板とベルト吸着チャンバーとの複数づつが被測定車両の前輪タイヤ並びに後輪タイヤと対応位置する４個所での隣り合う相互空間において、上記ベルトの下面を直接支持することにより、そのベルトの回走運動に追従する転動ローラーと、

その各転動ローラーの軸受ステーを下方から直接支持することにより、上記被測定車両の前輪タイヤと後輪タイヤも含む全体荷重を受けるロードセルと、

その前輪タイヤに対応位置するロードセルと後輪タイヤに対応位置するロードセルとを、上記架台の中途高さ位置へ各別に搭載する前後一対の取付盤とから成り、

上記被測定車両に作用する空気力のうち、その横力と抗力を上記測定用サイドポストによって測定できる一方、

被測定車両の車体のみならず、前輪タイヤと後輪タイヤから発生する揚力をも上記ロードセルによって測定できるように定めたことを特徴とする。

又、請求項１に従属する請求項２では、揚力測定用ロードセルが搭載された前後一対の取付盤を、各々ボールネジとその回転駆動用サーボモーターにより、架台の中途高さ位置から上向き一体的に突設された左右一対のスライドガイドレールに沿って、前後方向へスライド調整できるように定めたことを特徴とする。

請求項１の上記構成によれば、被測定車両の荷重がその車体とタイヤとの全体として、ムービングベルトの下方から転動ローラーに受け持たれているため、そのベルトの回走運動に追従して被測定車両のタイヤと転動ローラーが回転することになり、風洞実験中の被測定車両に発生する揚力はタイヤの各個を経て、その真下位置の転動ローラーへ直かに伝わる結果、上記揚力を車体のみならずタイヤのそれも含む全体として、ロードセルにより正しく測定・評価することができる。

しかも、上記ムービングベルトを支持した転動ローラーは、そのベルトに追従して転動するため、摩擦力が大きく低減され、ベルト自身の早期な摩耗などを防止できる効果もあり、耐用性の向上に役立つ。

この点、本発明では従来技術に挙げたストラット式や吊り線式の固定支持方法と異なって、剛性な支柱（ストラット）が被測定車両の車体表面から少しも張り出さないため、その揚力測定上の障害を受けるおそれがなく、又吊り線のような固定支持状態の煩雑な調整作業も一切不要となり、簡便な準備状態のもとに高精度な測定効果を得られるのである。

又、多数のベルト吸着孔が開口分布する固定天板と、そのベルト吸着孔へ空気を吸い込むベルト吸着チャンバーによって、被測定車両の模擬移動路面となるムービングベルトを下方からほぼ水平状態に安定良く確保することができ、上記転動ローラーによる支持とも相俟って、そのベルトの安定な回走運動を得られる効果もある。

更に、請求項２の構成を採用するならば、各種被測定車両におけるホイールベースの変化に便利良く対応することができ、風洞実験装置としての汎用性が昂まることになる。

以下、図面に基いて本発明の具体的構成を詳述すると、図１はその風洞実験装置における測定胴の模式的な側断面図、図２〜５は図１から抽出したムービングベルト機構（Ｂ）を示しており、これは送風口（１０）と吸入口（１１）との相互間に設置されて、被測定車両（Ｍ）の模擬移動路面を作り出す。（１２）はこれと向かい合う測定胴の天井面である。

即ち、（１３）（１４）は床面の架台（Ｆ）に軸架されたベルト駆動ローラーとベルト従動ローラーとの並列する一対であり、これらに巻き掛けられた無端なムービングベルト（平ベルト）（１５）が、ベルト駆動モーター（１６）によって風の流れる方向（Ａ）へ回走駆動される。（１７）はそのベルト駆動モーター（１６）とベルト駆動ローラー（１３）との伝動機構を示している。

（１８）は上記ムービングベルト（１５）のテンションローラーであり、そのベルト（１５）の張力が油圧シリンダー（１９）によって調整される。その油圧シリンダー（１９）の作動用油圧ポンプは図示省略してある。又、（２０）（２１）は同じくムービングベルト（１５）の蛇行検知センサーと蛇行制御モーターであり、その蛇行量と蛇行速度を検知したセンサー（２０）からの出力信号を受けた蛇行制御コンピューター（図示省略）が、上記蛇行制御モーター（２１）の回転数を制御するようになっている。

（２２）は上記ムービングベルト（１５）の裏面（下面）に並列設置された複数の固定天板であり、その何れもベルト（１５）に向かって開口分布する多数の小さなベルト吸着孔（２３）を備えている。

又、（２４）はその固定天板（２２）の各個へ裏当て一体化されたベルト吸着チャンバーであって、中空の直方体型をなし、図外のベルト吸着ファンと連通状態に接続配管されている。そのベルト吸着ファンから吸引される空気力によって、上記ベルト（１５）が固定天板（２２）へ悉く吸着され、被測定車両（Ｍ）のほぼ水平な移動路面を形作り、ベルト自身の蛇行などを防止できるようになっている。

但し、上記固定天板（２２）とベルト吸着チャンバー（２４）との複数づつは図２〜５から明白なように、被測定車両（Ｍ）のタイヤ（２５ｆ）（２５ｒ）と対応位置する４個所において、言わば切り欠かれた状態にあり、その４個所での隣り合う相互空間（Ｓ）に限っては、上記ムービングベルト（１５）の裏面（下面）が転動ローラー（２６）によって直接支持されている。（２７）はその各転動ローラー（２６）の軸受ステーであり、断面ほぼＵ字枠状をなしている。

しかも、このような転動ローラー（２６）とその軸受ステー（２７）は、その一定幅（Ｗ）の予じめ広幅な寸法に設定されており、これによって各種被測定車両（Ｍ）におけるトレッドの広狭変化に対応・吸収できるようになっている。

更に、（２８）は各転動ローラー（２６）の軸受ステー（２７）を下方から支持する揚力測定用のロードセル（歪ゲージ式重量センサー）であり、その被測定車両（Ｍ）の前輪タイヤ（２５ｆ）に対応位置する左右一対と、同じく後輪タイヤ（２５ｒ）に対応位置する左右一対とが、各別の取付盤（２９）（３０）を介して上記架台（Ｆ）の中途高さ位置に搭載されている。

その場合、架台（Ｆ）の中途高さ位置からは左右一対のスライドガイドレール（３１）が上向き一体的に突設されており、これに沿って上記取付盤（２９）（３０）が被測定車両（Ｍ）の前後方向へ、各別にスライド作用できるようになっている。（３２）はその各取付盤（２９）（３０）を各種被測定車両（Ｍ）におけるホイールベースの変化に応じて、前後方向へスライド調整するためのボールネジ、（３３）はそのボールネジ（３２）の回転駆動用サーボモーターを示している。

要するに、本発明の上記ムービングベルト機構（Ｂ）では被測定車両（Ｍ）の荷重をその車体（３４）のみならず、タイヤ（２５ｆ）（２５ｒ）のそれも含む全体として、真下方向から転動ローラー（２６）により直接受け持ち、その空気力の就中揚力をロードセル（２８）によって測定できるようになっているのである。しかも、上記ムービングベルト（１５）を直かに支持している転動ローラー（２６）は、そのベルト（１５）の回走運動に追従して転動するため、ベルト（１５）との摩擦力が低減され、そのベルト（１５）の耐用性も向上する。

他方、被測定車両（Ｍ）に作用する空気力のうち、その横力と抗力は被測定車両（Ｍ）における車体（３４）の両側面又はタイヤ（２５ｆ）（２５ｒ）を支持するサイドワイヤー（３５）と、その支持点の測定用サイドポスト（３６）によって、やはり正しく測定することができるようになっており、茲にサイド支持ワイヤー（３５）は線材であるため、上記揚力の測定精度に悪影響を及ぼすおそれがない。

本発明に係る風洞実験装置の使用により、被測定車両（Ｍ）の空気力を測定するに当っては、そのムービングベルト機構（Ｂ）の転動ローラー（２６）や揚力測定用ロードセル（２８）を、タイヤ（２５ｆ）（２５ｒ）の真下へ対応位置するように調整して、その被測定車両（Ｍ）のタイヤ（２５ｆ）（２５ｒ）を悉く転動ローラー（２６）に正しく受け持たせる。

そして、ムービングベルト（１５）を回走駆動することにより、被測定車両（Ｍ）のタイヤ（２５ｆ）（２５ｒ）を回転させると共に、風洞の送風口（１０）から一定量の風を図１の矢印方向（Ａ）に沿って、その被測定車両（Ｍ）に作用させるのである。そうすれば、車体（３４）の表面には正圧部と負圧部とが生成され、その圧力差によって空気力が発生することとなる。

このような風洞実験中、被測定車両（Ｍ）の荷重はタイヤ（２５ｆ）（２５ｒ）のそれも含む全体として、転動ローラー（２６）により受け持たれているため、ムービングベルト（１５）の回走運動に追従して、そのベルト（１５）の上面ではタイヤ（２５ｆ）（２５ｒ）が回転する一方、同じくベルト（１５）の下面（裏面）では転動ローラー（２６）が転動することになり、その過程において発生した揚力はタイヤ（２５ｆ）（２５ｒ）の各個を経て、その真下位置の転動ローラー（２６）へ直かに伝わるため、その揚力をロードセル（２８）により正しく測定・評価することができる。

しかも、上記転動ローラー（２６）とロードセル（２８）はタイヤ（２５ｆ）（２５ｒ）毎の個別に対応設置されているため、その測定値を図外のコンピューターにより演算すれば、被測定車両（Ｍ）のピッチングモーメントやローリングモーメントも求めることができることになる。

又、被測定車両（Ｍ）の横力と抗力は車体（３４）の両側面又はタイヤ（２５ｆ）（２５ｒ）を支持するサイドワイヤー（３５）の支持点に設置された測定用サイドポスト（３６）によって測定・評価することができ、これも左右一対の個別に存在するため、そのサイドポスト（３６）での測定値をやはりコンピューターにより演算して、被測定車両（Ｍ）のヨーイングモーメントも求め得るのである。

本発明の風洞実験装置を模式的に示す側断面図である。 ムービングベルト機構を抽出して示す側面図である。 図２の平面図である。 図２の背面図である。 図４に対応する部分拡大正面図である。 従来のストラット式固定支持方法を示す説明図である。

符号の説明

（１０）・送風口
（１１）・吸入口
（１２）・天井面
（１３）・ベルト駆動ローラー
（１４）・ベルト従動ローラー
（１５）・ムービングベルト
（１６）・ベルト駆動モーター
（１７）・伝動機構
（１８）・テンションローラー
（１９）・油圧シリンダー
（２０）・蛇行検知センサー
（２１）・蛇行制御モーター
（２２）・固定天板
（２３）・ベルト吸着孔
（２４）・ベルト吸着チャンバー
（２５ｆ）・前輪タイヤ
（２５ｒ）・後輪タイヤ
（２６）・転動ローラー
（２７）・軸受ステー
（２８）・ロードセル
（２９）（３０）・取付盤
（３１）・スライドガイドレール
（３２）・ボールネジ
（３３）・ボールネジ回転駆動用サーボモーター
（３４）・車体
（３５）・サイド支持ワイヤー
（３６）・サイドポスト
（Ａ）・送風方向
（Ｂ）・ムービングベルト機構
（Ｍ）・被測定車両
（Ｆ）・架台
（Ｓ）・空間

Claims (2)

1. 被測定車両（Ｍ）の模擬移動路面となる無端なムービングベルト（１５）を、架台（Ｆ）に軸架されたベルト駆動ローラー（１３）とベルト従動ローラー（１４）との前後相互間へ巻き掛けて、そのベルト駆動モーター（１６）により風の流れる方向（Ａ）へ回走駆動し、上記ベルト（１５）上の被測定車両（Ｍ）に作用する空気力を測定する風洞実験装置として、
   上記被測定車両（Ｍ）における車体（３４）の左右両側面又は前輪タイヤ（２５ｆ）と後輪タイヤ（２５ｒ）を支持するサイド支持ワイヤー（３５）と、
   そのサイド支持ワイヤー（３５）の支持点に設置された測定用サイドポスト（３６）と、
   上記ベルト（１５）に向かって開口分布する多数のベルト吸着孔（２３）を備え、且つそのベルト（１５）の下面に並列設置された複数の固定天板（２２）と、
   その各固定天板（２２）の下面へ裏当て一体化されることにより、上記ベルト（１５）を固定天板（２２）へほぼ水平状態に吸着させるベルト吸着チャンバー（２４）と、
   上記固定天板（２２）とベルト吸着チャンバー（２４）との複数づつが被測定車両（Ｍ）の前輪タイヤ（２５ｆ）並びに後輪タイヤ（２５ｒ）と対応位置する４個所での隣り合う相互空間（Ｓ）において、上記ベルト（１５）の下面を直接支持することにより、そのベルト（１５）の回走運動に追従する転動ローラー（２６）と、
   その各転動ローラー（２６）の軸受ステー（２７）を下方から直接支持することにより、上記被測定車両（Ｍ）の前輪タイヤ（２５ｆ）と後輪タイヤ（２５ｒ）も含む全体荷重を受けるロードセル（２８）と、
   その前輪タイヤ（２５ｆ）に対応位置するロードセル（２８）と後輪タイヤ（２５ｒ）に対応位置するロードセル（２８）とを、上記架台（Ｆ）の中途高さ位置へ各別に搭載する前後一対の取付盤（２９）（３０）とから成り、
   上記被測定車両（Ｍ）に作用する空気力のうち、その横力と抗力を上記測定用サイドポスト（３６）によって測定できる一方、
   被測定車両（Ｍ）の車体（３４）のみならず、前輪タイヤ（２５ｆ）と後輪タイヤ（２５ｒ）から発生する揚力をも上記ロードセル（２８）によって測定できるように定めたことを特徴とする風洞実験装置。
2. 揚力測定用ロードセル（２８）が搭載された前後一対の取付盤（２９）（３０）を、各々ボールネジ（３２）とその回転駆動用サーボモーター（３３）により、架台（Ｆ）の中途高さ位置から上向き一体的に突設された左右一対のスライドガイドレール（３１）に沿って、前後方向へスライド調整できるように定めたことを特徴とする請求項１記載の風洞実験装置。

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