JP4262666B2 - 風洞試験用被測定体 - Google Patents

Description

本発明は、被測定体本体部の表面に感圧塗料を塗布し、光源から励起光を照射して感圧塗料を励起し、被測定体本体部の表面の圧力に応じて変化する燐光の強度を測定することで、被測定体本体部の表面の圧力分布を測定する風洞試験用被測定体に関する。

物体の表面に塗布した感圧塗料（Pressure Sensitive Paint）に励起光を照射した際に発する燐光の強度が、その燐光に衝突する酸素分子の量（即ち、感圧塗料に接する空気の圧力）に応じて変化することに着目し、燐光の強度から物体の表面の圧力分布（流速分布）を測定する技術が、下記特許文献１により公知である。

また感圧塗料層、表面透明電極、発光層、絶縁層、背面電極、背面保護層および接着剤層よりなる圧力検出シートを検出対象物の表面に貼り付け、発光層に通電して発生させた励起光を感圧塗料層に照射して燐光を発生させ、計測装置で燐光の強度を測定することで検出対象物の表面の圧力分布（流速分布）を測定する技術が、下記特許文献２により公知である。
特開平７−１２６６１号公報 特開２００２−２２８５２４号公報

しかしながら上記特許文献１に記載されたものは、物体の表面に塗布した感圧塗料に該物体の外部から励起光を照射するので、感圧塗料の全表面に励起光を照射するには複数の光源が必要となってシステムが大型化するだけでなく、感圧塗料の全表面に均一に励起光を照射するのが難しいために測定誤差が発生し易いという問題があった。

また上記特許文献２に記載されたものは、多数層の積層体よりなる圧力検出シートを三次元曲面を有する検出対象物の表面に貼り付けると皺が発生することが避けられず、この皺によって検出対象物の表面の気流の流れが影響を受けたり、感圧塗料層に対する励起光の照射むらが発生したりする問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、感圧塗料を用いて圧力分布を測定する風洞試験用被測定体において、感圧塗料に対する励起光の照射を簡単かつ確実に行えるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、被測定体本体部の表面に感圧塗料を塗布し、光源から励起光を照射して感圧塗料を励起し、被測定体本体部の表面の圧力に応じて変化する燐光の強度を測定することで、被測定体本体部の表面の圧力分布を測定する風洞試験用被測定体において、光透過性材料で構成した被測定体本体部の内部に光源を配置したことを特徴とする風洞試験用被測定体が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記光源を、柔軟な透明シートの内部に複数の発光体を埋設した発光シートで構成したことを特徴とする風洞試験用被測定体が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、中空の被測定体本体部の内壁面に沿って発光シートを配置し、発光シートの内側に充填部材を充填したことを特徴とする風洞試験用被測定体が提案される。

尚、実施例の模型本体部１１は本発明の被測定体本体部に対応し、実施例の発光シート１２は本発明の光源に対応し、実施例の透明シリコンベース１７は本発明の透明シートに対応し、実施例の発光ダイオード１９は本発明の発光体に対応する。

請求項１の構成によれば、被測定体本体部の表面に塗布した感圧塗料に光源から励起光を照射して励起させると、被測定体本体部の表面の圧力に応じた強度の燐光を発生するため、その燐光の強度を測定することで被測定体本体部の表面の圧力分布を測定することができる。光透過性材料で構成した被測定体本体部の内部に光源を配置したので、被測定体本体部の外部の複数個所に配置した複数の光源から励起光を照射することなく、感圧塗料の全体に励起光を均一に照射して圧力分布の測定精度を高めることができる。

請求項２の構成によれば、柔軟な透明シートの内部に複数の発光体を埋設した発光シートで光源を構成したので、複数の発光体を均一な間隔で配置し、かつ発光体からの励起光が透明シートを透過して感圧塗料を照射するのを可能にしながら、柔軟な発光シートを被測定体本体部の三次元曲面になじませて取り付けを容易にすることができる。

請求項３の構成によれば、中空の被測定体本体部の内壁面に沿って配置した発光シートの内側に充填部材を充填したので、充填部材で発光シートの位置を拘束して位置ずれや剥がれを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図３は本発明の一実施例を示すもので、図１は風洞試験用の翼模型の断面図、図２は発光シートの部分斜視図、図３は図２の３−３線拡大断面図である。

図１に示すように、飛行機の主翼の風洞試験用模型Ｍは、断面が翼型を成すように所定肉厚のエポキシ樹脂で成形された中空の模型本体部１１と、模型本体部１１の内壁面に沿うように配置された発光シート１２と、発光シート１２の内側に充填された低反発ウレタン材製の充填部材１３と、充填部材１３の内部をスパン方向に貫通する金属製のフレーム１４と、フレーム１４の下面に固定されて図示せぬ６分力計等に連結される支持部材１５とを備える。

模型本体部１１は周知の光造形法により成形されるもので、翼型を成す所定厚さのセグメントをスパン方向に順次成形して構成される。透明なエポキシ樹脂製の模型本体部１１は光を透過可能であり、その表面にポルフィリン系、Ｌｕ錯体系、芳香属系等の感圧塗料１６が塗布される。

図２および図３に示すように、発光シート１２は柔軟性を有する透明シリコンベース１７と、その表面側（模型本体部１１）側に積層されたシリコン等の光拡散層１８と、透明シリコンベース１７の内部に碁盤目状に配置された多数の発光ダイオード１９…と、透明シリコンベース１７の裏面側に設けられた銅線、エッチングパターンあるいは導電性ポリマーよりなる配線２０…とで構成されており、発光ダイオード１９…の端子と配線２０…とはハンダ付けのような接合部２１…で接合される。

発光シート１２を模型本体部１１の三次元曲面よりなる内壁面に沿うように配置する際に、柔軟性を有する発光シート１２が伸縮して追従することで、皺の発生を防止することができる。また配線２０…に伸縮自在なフレキシブル配線を採用することで、発光シート１２の伸縮が阻害されるのを防止することができる。そして発光シート１２の内面（裏面）とフレーム１４との間に低反発ウレタン材製の充填部材１３が充填されるので、模型本体部１１および充填部材１３間に発光シート１２を挟持して位置ずれや剥がれ防止することができる。

次に、上記構成を備えた本発明の実施例の作用を説明する。

風洞試験用模型Ｍを支持部材１５により風洞の内部に支持し、配線２０…を介して発光ダイオード１９…に通電することで、紫外ないし青色の励起光を発生させる。この励起光は透明シリコンベース１７を透過した後、その外面側（模型本体部１１）側に積層されたシリコン等の光拡散層１８で均一に拡散され、透明なエポキシ樹脂製の模型本体部１１を透過して感圧塗料１６を内側から照射する。

励起光に照射された感圧塗料１６は蛍光と共に青色ないし赤色の燐光を発生し、その燐光は酸素分子と衝突することでエネルギーを吸収されて強度が低下する。このとき、風洞内を流れる空気が風洞試験用模型Ｍに作用し、その表面の空気の流速に応じた圧力分布が形成される。感圧塗料１６の表面の酸素濃度は空気の圧力の大小に応じて変化するため、圧力が高い部分（酸素濃度が高い部分）では燐光の強度低下が大きく、圧力が低い部分（酸素濃度が低い部分）では燐光の強度低下が小さくなる。従って、風洞試験用模型Ｍの表面の燐光をＣＣＤカメラ等で撮影して強度を測定することで、その表面の圧力分布、即ち流速分布を測定することができる。

以上のように、風洞試験用模型Ｍの内部に光源である発光シート１２を配置したので、風洞試験用模型Ｍの外部に配置した複数の光源から励起光を照射することなく、模型本体部１１の表面に塗布した感圧塗料１６の全域に励起光を均一に照射して圧力分布の測定精度を高めることができる。特に風洞試験用模型Ｍの内部に発光シート１２を配置したので、外部から励起光を届かせ難い大型風洞に対して好適であるだけでなく、外部の光源では影ができ易い凹形状の風洞試験用模型Ｍに対しても好適である。しかも発光ダイオード１９…を採用したことで省電力である。

また感圧塗料１６を照射する発光シート１２を柔軟な透明シリコンベース１７の内部に多数の発光ダイオード１９…を配置して構成したので、複数の発光ダイオード１９…を均一な間隔で配置して照射むらをなくすとともに、柔軟な透明シリコンベース１７を模型本体部１１の三次元曲面の内壁面になじませ、皺を発生を防止して取付性の向上および照射むらの更なる低減が可能になる。しかも模型本体部１１の中空の内壁面に沿って配置した発光シート１２の内側に充填部材１３を充填したので、充填部材１３で発光シート１２の位置を拘束して位置ずれを防止することができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、発光シート１２の光拡散層１８の表面に液晶シートよりなる電子シャッターを積層し、電子シャッターで発光ダイオード１９…と感圧塗料１６との間の励起光の透過・遮断を制御することができる。このようにすれば、発光シート１２を常時点灯して発光状態を安定させながら、必要のないときに励起光が感圧塗料１６に照射されないようにして該感圧塗料１６の劣化を防止することができる。

風洞試験用の翼模型の断面図 発光シートの部分斜視図 図２の３−３線拡大断面図

符号の説明

１１ 模型本体部（被測定体本体部）
１２ 発光シート（光源）
１３ 充填部材
１６ 感圧塗料
１７ 透明シリコンベース（透明シート）
１９ 発光ダイオード（発光体）

Claims (3)

1. 被測定体本体部（１１）の表面に感圧塗料（１６）を塗布し、光源（１２）から励起光を照射して感圧塗料（１６）を励起し、被測定体本体部（１１）の表面の圧力に応じて変化する燐光の強度を測定することで、被測定体本体部（１１）の表面の圧力分布を測定する風洞試験用被測定体において、
   光透過性材料で構成した被測定体本体部（１１）の内部に光源（１２）を配置したことを特徴とする風洞試験用被測定体。
2. 前記光源を、柔軟な透明シート（１７）の内部に複数の発光体（１９）を埋設した発光シート（１２）で構成したことを特徴とする、請求項１に記載の風洞試験用被測定体。
3. 中空の被測定体本体部（１１）の内壁面に沿って発光シート（１２）を配置し、発光シート（１２）の内側に充填部材（１３）を充填したことを特徴とする、請求項２に記載の風洞試験用被測定体。
   

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