JP5039478B2 - Wind tunnel model non-contact support method and apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、風洞試験において風洞模型を非接触で支持する方法及び装置に関する。特には、支持部材が不要であるとともに、比較的簡単な構成で風洞模型を非接触で支持できる方法及び装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for supporting a wind tunnel model in a non-contact manner in a wind tunnel test. In particular, the present invention relates to a method and an apparatus that can support a wind tunnel model in a non-contact manner with a relatively simple configuration, without a support member.

風洞実験において、試験体の模型に空気力学的に作用する抗力や揚力などを測定する場合、通常は、流れに影響を与えないようにピアノ線などを使って試験体となる模型を支持する方法や、磁力によって非接触支持する方法がある（例えば、特許文献１参照）。   In wind tunnel experiments, when measuring drag and lift acting aerodynamically on the model of the specimen, it is usually a method of supporting the specimen model using a piano wire or the like so as not to affect the flow. Alternatively, there is a method of non-contact support by magnetic force (see, for example, Patent Document 1).

図５は、ピアノ線を用いた模型支持方法の一例を説明する図である。
図５に示すように、この方法では、模型１０を複数のピアノ線６１で吊り下げている。この際、実験中に模型１０の姿勢が変化しないように、模型１０をｘ、ｙ及びｚ方向の全ての方向に対して拘束する必要がある。また、模型１０の姿勢（床面からの高さ、水平度、風に対する角度など）を調整するためには、ピアノ線６１の長さを変更する必要があり、模型のセットや調整に多大な労力を要する。また、ピアノ線６１自体が空気の流れに影響を及ぼし、測定値の誤差の要因となる。さらに、空力音の測定などでは、ピアノ線６１などの支持部材から発生する騒音がノイズ音となってしまう。
このような点から、風洞試験においては模型以外の物体（ピアノ線６１などの支持部材）が存在しないことが好ましい。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a model support method using a piano wire.
As shown in FIG. 5, in this method, the model 10 is suspended by a plurality of piano wires 61. At this time, it is necessary to restrain the model 10 in all the x, y, and z directions so that the posture of the model 10 does not change during the experiment. Further, in order to adjust the posture of the model 10 (height from the floor, levelness, angle with respect to the wind, etc.), it is necessary to change the length of the piano wire 61, which is very difficult to set and adjust the model. It takes effort. In addition, the piano wire 61 itself affects the air flow, and causes a measurement value error. Furthermore, in the measurement of aerodynamic sound, noise generated from a support member such as the piano wire 61 becomes a noise sound.
From such a point, in the wind tunnel test, it is preferable that an object other than the model (a support member such as the piano wire 61) does not exist.

図６は、磁力を用いた模型支持方法の一例を説明する図である。
装置は、模型１０の周囲に配置されて、各々磁気回路を形成するコイル７１〜７４、コイル７５〜７８、模型１０の前後に配置された空芯コイル７９、８０とを備える。一方、模型１０には、永久磁石などの強力な磁石体が搭載されており、この磁石体と、コイルに通電することにより生じた外部磁場との間の磁気作用によって磁気力が生じ、模型１０を磁気的に浮上させて支持する。実験時には、コイルの電流の大きさを測定することにより、抗力を検出する。図中の符号８１は、模型１０を観察するカメラである。 FIG. 6 is a diagram for explaining an example of a model support method using magnetic force.
The apparatus includes coils 71 to 74 and coils 75 to 78 that are arranged around the model 10 and form magnetic circuits, respectively, and air-core coils 79 and 80 that are arranged before and after the model 10. On the other hand, the model 10 is equipped with a strong magnet body such as a permanent magnet, and a magnetic force is generated by a magnetic action between the magnet body and an external magnetic field generated by energizing the coil. Is magnetically levitated and supported. During the experiment, the drag is detected by measuring the magnitude of the coil current. Reference numeral 81 in the drawing is a camera for observing the model 10.

この方法では、模型を支持する部材が不要であるが、コイル電流から抗力を求める際に、予め、コイル電流と空気力との関係を調べてマップ、関数、表などの対応関係を求めておく必要がある。そして、模型の形状を変更するたびにこのような繁雑な作業が必要になってしまう。   This method does not require a member that supports the model. However, when determining the drag force from the coil current, the relationship between the coil current and the aerodynamic force is examined in advance to determine the correspondence such as a map, function, or table. There is a need. Such complicated work is required every time the shape of the model is changed.

特開２００３−３４４２１５JP 2003-344215 A

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、支持部材が不要であるとともに、比較的簡単な構成で風洞模型を非接触で支持する方法及び装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for supporting a wind tunnel model in a non-contact manner with a relatively simple configuration, without requiring a support member. .

本発明のベースとなる風洞模型非接触支持方法は、 風洞中に風洞模型を非接触で支持する方法であって、 前記風洞模型、又は、該模型が対向する風洞内面のいずれか一方に、超電導バルク体、及び、該超電導バルク体を冷却しつつ収容する冷却容器を備えるとともに、いずれか他方に磁場発生装置を備え、 前記超電導バルク体の磁場捕捉特性を利用して前記風洞模型を前記風洞内面に対して非接触で支持することを特徴とする。
ここで、超電導バルク体とは、高温超電導単結晶の超電導材料の固まりに加え、多結晶であっても結晶粒の配向性を高めて、単結晶に近い特性を有する超電導特性を改善した超電導材料の固まりをいう（「超電導応用の基礎」松下照男編、産業図書（２００４／０２／１０初版）、第３章高温超電導体、Ｐ．１５９−１６１、「３．３．３ バルク高温超電導体」参照）。 A wind tunnel model non-contact support method as a base of the present invention is a method of supporting a wind tunnel model in a wind tunnel in a non-contact manner, and superconductivity is provided either on the wind tunnel model or on the inner surface of the wind tunnel facing the model. A bulk body, and a cooling container that cools and accommodates the superconducting bulk body, and a magnetic field generator is provided on one of the other, and the wind tunnel model is connected to the inner surface of the wind tunnel using the magnetic field trapping characteristics of the superconducting bulk body It is characterized by being supported in a non-contact manner.
Here, the superconducting bulk material is a superconducting material with improved superconducting properties that have characteristics close to a single crystal by increasing the orientation of crystal grains even in the case of polycrystals in addition to the mass of high-temperature superconducting single crystal superconducting materials. ("Basics of Superconductivity Application" edited by Teruo Matsushita, Sangyo Tosho (2004/02/10 first edition), Chapter 3 High-Temperature Superconductor, P.159-161, "3.3.3 Bulk High-Temperature Superconductor" reference).

超電導バルク体は、磁場中で冷却することで磁束をピン止めすることができ、超電導バルク体が置かれた空間の磁場分布を捕捉する特性を有する。高温超電導体すなわち第二種超電導体では、超電導体中を磁束粒子が格子状に貫通することで超電導状態と磁場が共存可能になるピン止め効果と呼ばれている現象がある。磁気支持では、この磁束のピン止めを利用している。超電導バルク体を磁場中で冷却すると、バルク体内部を貫通する磁束がピン止めされてバルク体内部に残留する。本件における磁場捕捉特性はこのことを示している。このような状態でピン止めされた磁束により安定した磁気浮上が可能である。さらに、超電導バルク体が磁場発生装置から離れる方向もしくは近づく方向に変位しようとすると、レンツの法則に従って、超電導バルク体には磁場変化に反発する方向の磁場を発生させるように超電導電流が誘起されるために、安定した位置を保持できる（「はじめてナットク！超伝導−原理からピン止め効果の応用まで」村上雅人著、講談社（１９９９／０９）参照）。   The superconducting bulk body can pin the magnetic flux by cooling in a magnetic field, and has a characteristic of capturing the magnetic field distribution in the space where the superconducting bulk body is placed. In a high-temperature superconductor, that is, a type II superconductor, there is a phenomenon called a pinning effect in which a superconducting state and a magnetic field can coexist by magnetic flux particles penetrating through the superconductor in a lattice shape. Magnetic support uses this pinning of magnetic flux. When the superconducting bulk body is cooled in a magnetic field, the magnetic flux penetrating the bulk body is pinned and remains inside the bulk body. The magnetic field capture characteristics in this case show this. Stable magnetic levitation is possible by the magnetic flux pinned in such a state. Furthermore, when the superconducting bulk body is displaced in a direction away from or approaching the magnetic field generator, a superconducting current is induced in the superconducting bulk body to generate a magnetic field in a direction repelling the magnetic field change according to Lenz's law. Therefore, it is possible to maintain a stable position ("Nutaku for the first time! From superconductivity-principle to application of the pinning effect" by Masato Murakami, Kodansha (1999/09)).

すなわち、磁場発生装置と超電導バルク体とを所定のスキマを開けて保持して、超電導バルク体を超電導状態とすると、超電導バルク体に磁場発生装置で発生した磁場分布が記憶される（磁場捕捉特性）。すると、前述のスキマを隔てていた部材を外しても、超電導バルク体は磁場発生装置に対して、記憶された磁場分布に基づいてスキマを保持した状態で浮上する。風洞模型が、超電導状態下の超電導バルク体又は磁場発生装置のいずれか一方を備え、風洞内面がもう一方を備えることにより、この特性によって風洞模型は風洞内面に予め決められたスキマを開けて（非接触で）支持される。   That is, when the magnetic field generator and the superconducting bulk body are held with a predetermined gap and the superconducting bulk body is in a superconducting state, the magnetic field distribution generated by the magnetic field generator is stored in the superconducting bulk body (magnetic field trapping characteristics). ). Then, even if the member that separated the above-mentioned gap is removed, the superconducting bulk body floats with respect to the magnetic field generator in a state of holding the gap based on the stored magnetic field distribution. The wind tunnel model is provided with either a superconducting bulk body or a magnetic field generator in a superconducting state, and the wind tunnel inner surface is provided with the other. This allows the wind tunnel model to open a predetermined gap on the wind tunnel inner surface ( Supported in a non-contact manner.

この方法によれば、風洞模型を支持する支持部材は不要であり、また、磁気支持方法におけるコイル電流制御や、抗力測定のための事前準備作業などの繁雑な作業が不要である。したがって、風洞実験の労力を軽減でき、模型の形状が変わった際にも柔軟に対応できる。   According to this method, a support member that supports the wind tunnel model is not necessary, and complicated operations such as coil current control and preparatory work for drag measurement in the magnetic support method are unnecessary. Therefore, the labor of the wind tunnel experiment can be reduced, and it is possible to flexibly cope with changes in the shape of the model.

本発明においては、 前記風洞内面に備えられた前記冷却容器又は磁場発生装置に荷重センサが設けられ、該荷重センサで前記風洞模型に作用する抗力及び揚力を測定することとできる。   In the present invention, a load sensor is provided in the cooling vessel or magnetic field generator provided on the inner surface of the wind tunnel, and the drag and lift acting on the wind tunnel model can be measured with the load sensor.

本発明においては、 前記風洞模型に永久磁石を備え、 前記固定面に超電導バルク体及び冷却容器を備えることもできる。
超電導バルク体を冷却するために一般的に使用される液体窒素は、常温下で蒸発するため重量が変化する。そこで、この超電導バルク体を風洞内面に配置し、風洞模型に、磁場発生装置として永久磁石を搭載すると、模型の重量が変化しないので好ましい。なお、磁場発生装置としては、永久磁石や電磁石、コイルなどを使用できる。このうち、風洞模型に永久磁石を搭載することが、装置を作りやすく模型の取り替え作業がしやすいという利点を有し、好ましい。 In the present invention, the wind tunnel model may include a permanent magnet, and the fixed surface may include a superconducting bulk body and a cooling container.
Since liquid nitrogen generally used for cooling the superconducting bulk body evaporates at room temperature, its weight changes. Therefore, it is preferable to dispose this superconducting bulk body on the inner surface of the wind tunnel and mount a permanent magnet as a magnetic field generator on the wind tunnel model because the weight of the model does not change. In addition, as a magnetic field generator, a permanent magnet, an electromagnet, a coil, etc. can be used. Among these, it is preferable to mount a permanent magnet on the wind tunnel model because it has an advantage that the apparatus can be easily manufactured and the model can be easily replaced.

さらに、本発明においては、 前記風洞模型に超電導バルク体及び冷却容器を備え、 前記風洞内面に超電導磁石又は超電導コイルを備えることもできる。
磁場発生装置として、超電導磁石又は超電導コイルを用いた場合、強力な磁場を発生することができるため、風洞模型の浮上高さを高くすることができる。 Further, in the present invention, the wind tunnel model can be provided with a superconducting bulk body and a cooling vessel, and a superconducting magnet or a superconducting coil can be provided on the inner surface of the wind tunnel.
When a superconducting magnet or a superconducting coil is used as the magnetic field generator, a strong magnetic field can be generated, so that the flying height of the wind tunnel model can be increased.

また、本発明においては、 前記風洞内面に設けられた超電導バルク体及び冷却容器が動揺可能であることが好ましい。
風洞内面に設けた超電導バルク体又は冷却容器と水平方向に動揺させることにより、風洞模型が左右方向に動揺したときの抗力、揚力の変化を測定できる。また、これらを湾曲面に沿って動揺させると、風洞模型のヨーイング時の抗力や揚力の変化も測定できる。 In the present invention, it is preferable that the superconducting bulk body and the cooling vessel provided on the inner surface of the wind tunnel can be shaken.
By swinging horizontally with the superconducting bulk body or cooling vessel provided on the inner surface of the wind tunnel, it is possible to measure changes in drag and lift when the wind tunnel model is swung in the left-right direction. In addition, when these are shaken along the curved surface, changes in drag and lift during yawing of the wind tunnel model can be measured.

本発明のベースとなる風洞模型非接触支持装置は、 風洞中に風洞模型を非接触で支持する装置であって、 前記風洞模型、又は、該模型が対向する風洞内面のいずれか一方に配置された、超電導バルク体、及び、該超電導バルク体を冷却しつつ収容する冷却容器と、 いずれか一方に配置された磁場発生装置と、を備え、 前記超電導バルク体の磁場捕捉特性を利用して前記風洞模型を前記風洞内面に対して非接触で支持することを特徴とする。 A wind tunnel model non-contact support device as a base of the present invention is a device for supporting a wind tunnel model in a wind tunnel in a non-contact manner, and is disposed on either the wind tunnel model or the inner surface of the wind tunnel facing the model. A superconducting bulk body, and a cooling container that cools and accommodates the superconducting bulk body, and a magnetic field generator disposed on either side of the superconducting bulk body, using the magnetic field trapping characteristics of the superconducting bulk body The wind tunnel model is supported in a non-contact manner on the inner surface of the wind tunnel.

本発明においては、 前記風洞内面に備えられた前記冷却容器又は磁場発生装置に設けられた荷重センサを有し、該荷重センサで前記風洞模型に作用する抗力及び揚力を測定することができる。   In this invention, it has the load sensor provided in the said cooling vessel provided in the said wind tunnel inner surface, or the magnetic field generator, and can measure the drag and lift which act on the said wind tunnel model with this load sensor.

本発明においては、 前記風洞模型に配置された永久磁石と、 前記固定面に配置された超電導バルク体及び冷却容器と、を備えることともできる。
または、 前記風洞模型に配置された超電導バルク体及び冷却容器と、 前記風洞内面に配置された超電導磁石又は超電導コイルと、を備えることともできる。 In this invention, it can also be provided with the permanent magnet arrange | positioned at the said wind tunnel model, and the superconducting bulk body and cooling container which are arrange | positioned at the said fixed surface.
Alternatively, a superconducting bulk body and a cooling container arranged in the wind tunnel model, and a superconducting magnet or a superconducting coil arranged on the inner surface of the wind tunnel can be provided.

本発明においては、 前記風洞内面に設けられた超電導バルク体及び冷却容器が動揺可能なことが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the superconducting bulk body and the cooling vessel provided on the inner surface of the wind tunnel can be shaken.

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、超電導バルク体を使用することにより、支持部材が不要であって、比較的簡単な構成で風洞模型を非接触で支持する方法及び装置を提供することができる。   As is apparent from the above description, according to the present invention, there is provided a method and apparatus for supporting a wind tunnel model in a non-contact manner with a relatively simple structure, by using a superconducting bulk body. Can be provided.

発明を実施するための形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、本発明の風洞模型非接触支持装置の有効性を確認するための実験例を説明する。
図２は、実験例に使用した風洞模型非接触支持装置を説明する図である。
超電導バルク体１２として、直径６０ｍｍ、高さ２０ｍｍの、Ｇｄ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系材料の塊状焼結体の表面をガラス繊維で覆い、エポキシ樹脂で含浸したものを用意した。同バルク体１２の重量は３９０ｇである。この超電導バルク体１２を、重量が７０ｇの冷却容器１１内に台座１４を介して載置した。
一方、永久磁石２１として、縦５０ｍｍ×横７０ｍｍ、厚さ３０ｍｍ、表面の磁束密度が０．２〜０．２５Ｔの磁石を準備した。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, an experimental example for confirming the effectiveness of the wind tunnel model non-contact support device of the present invention will be described.
FIG. 2 is a diagram illustrating the wind tunnel model non-contact support device used in the experimental example.
As the superconducting bulk body 12, a Gd—Ba—Cu—O-based bulk sintered body having a diameter of 60 mm and a height of 20 mm was covered with glass fiber and impregnated with an epoxy resin. The weight of the bulk body 12 is 390 g. This superconducting bulk body 12 was placed through a pedestal 14 in a cooling container 11 having a weight of 70 g.
On the other hand, a magnet having a length of 50 mm × width of 70 mm, a thickness of 30 mm, and a surface magnetic flux density of 0.2 to 0.25 T was prepared as the permanent magnet 21.

永久磁石２１を風洞内面２０に載置し、同磁石２１の上方に、初期空隙を７ｍｍとなるようにスペーサ（図示されず）を介して冷却容器１１を乗せた。その後、冷却容器１１に液体窒素１３を導入し、超電導バルク体１２を臨界温度以下に冷却した。液体窒素１３の導入量は約２００ｇであり、冷却容器１１と超電導バルク体１２との総重量は約６６０ｇである。超電導バルク体１２が臨界温度以下に冷却された後、スペーサを外すと、冷却容器１１は、永久磁石２１の上方に浮上したまま保持された。   The permanent magnet 21 was placed on the wind tunnel inner surface 20, and the cooling container 11 was placed above the magnet 21 through a spacer (not shown) so that the initial gap was 7 mm. Thereafter, liquid nitrogen 13 was introduced into the cooling vessel 11, and the superconducting bulk body 12 was cooled to a critical temperature or lower. The amount of liquid nitrogen 13 introduced is about 200 g, and the total weight of the cooling vessel 11 and the superconducting bulk body 12 is about 660 g. After the superconducting bulk body 12 was cooled below the critical temperature, when the spacer was removed, the cooling vessel 11 was held while floating above the permanent magnet 21.

この冷却容器１１をバネ秤１６及び１７で左右方向及び上方向に引っ張り、冷却容器１１が変位する直前のバネ秤１６、１７の荷重を読み取った結果、左右方向及び上方向の、変位が生じる直前の荷重は８００ｇ程度であった。つまり、この例では超電導バルク体に右方向及び上方向に８００ｇｆ程度の力がかかっても、冷却容器１１は浮上した状態に維持されることになる。   The cooling container 11 is pulled left and right and upward by the spring balances 16 and 17, and the load of the spring balances 16 and 17 immediately before the cooling container 11 is displaced is read. The load was about 800 g. That is, in this example, even if a force of about 800 gf is applied to the superconducting bulk body in the right direction and the upward direction, the cooling container 11 is maintained in a floating state.

一方、模型本体を、密度が２０ｋｇ／ｍ３の発泡スチロール（ＥＰＳ／発泡ポリスチレン）で、寸法が０．１５ｍ×０．１５ｍ×０．１５ｍの立方体に作製する。この寸法の模型本体を単位模型とする。この模型本体の質量は６７．５ｇであり、断面積は０．０２２５ｍ２である。 On the other hand, the model body is made of a polystyrene having a density of 20 kg / m 3 (EPS / expanded polystyrene) and having a size of 0.15 m × 0.15 m × 0.15 m. A model body of this size is a unit model. The model body has a mass of 67.5 g and a cross-sectional area of 0.0225 m 2 .

前述の変位が生じる限度の質量８００ｇから模型質量を差し引くと７３２．５ｇとなる。変位発生の許容値を７００ｇとすると、風速３０ｍ／ｓで抗力及び揚力が５００ｇとなる抗力係数（ＣＤ値）及び揚力係数（ＣＬ値）は０．５７となる。
自動車の場合、ＣＤ値は０．４以下、ＣＬ値は０．２以下（「ながれ」２３（２００４）、ｐｐ．４４５−４５４、自動車と流体力学：車体周り流れと空気力特性（（社）日本流体力学会）参照）なので、この例の超電導バルク体の磁場捕捉特性によれば、自動車の模型を風速３０ｍ／ｓ中で十分に支持することができ、本発明の装置は有効であるといえる。 When the model mass is subtracted from the limit mass 800 g at which the above displacement occurs, 732.5 g is obtained. When the tolerance of the displacement generating and 700 g, the drag coefficient (C D value) and the lift coefficient (C L value) drag and lift is 500g at wind speed 30 m / s is 0.57.
For automotive, C D value 0.4 or less, C L value less than 0.2 ( "flow" 23 (2004), pp.445-454, Auto and hydrodynamics: vehicle flow around the air force characteristic (( Therefore, according to the magnetic field trapping characteristic of the superconducting bulk body in this example, the automobile model can be sufficiently supported at a wind speed of 30 m / s, and the apparatus of the present invention is effective. It can be said that there is.

列車模型の場合、ＣＤ値、ＣＬ値は条件によって変化するが、ＣＤ値は０．３程度、ＣＬ値は０．５程度であるので、前述の単位模型を使用して列車模型を構成できる。 In the case of a train model, the CD value and the CL value vary depending on conditions, but the CD value is about 0.3 and the CL value is about 0.5. Can be configured.

今回の実験に使用した永久磁石２１の質量は約１０００ｇ、超電導バルク体１２や冷却容器１１、寒剤１３及び台座１４の合計質量は６６０ｇ、模型の質量は６７．５ｇであり、これら全体の合計質量は約１７３０ｇとなる。後述する風洞模型非接触支持装置に含まれる、風洞内面に設置するガイドなどの付帯設備の質量を２０００ｇとすると、装置の総質量（荷重）は３７３０ｇ程度である。これに対して、揚力係数を最小の０．２とした場合、発生する揚力は２．４３Ｎ（２４８ｇｆ）となる。これは総荷重の６．６％であり、問題なく揚力を測定できる。
なお、抗力については、抗力に見合った荷重センサを取り付ければよいので、装置の自重に関係なく測定できる。 The mass of the permanent magnet 21 used in this experiment is about 1000 g, the total mass of the superconducting bulk body 12, the cooling container 11, the cryogen 13 and the pedestal 14 is 660 g, and the mass of the model is 67.5 g. Is about 1730 g. When the mass of ancillary equipment such as a guide installed on the inner surface of the wind tunnel included in the wind tunnel model non-contact support device described later is 2000 g, the total mass (load) of the device is about 3730 g. On the other hand, when the lift coefficient is set to a minimum of 0.2, the generated lift is 2.43 N (248 gf). This is 6.6% of the total load, and lift can be measured without problems.
In addition, about a drag, what is necessary is just to attach the load sensor corresponding to a drag, and it can measure irrespective of the dead weight of an apparatus.

この実験例により、本発明の風洞模型非接触支持装置は、車両の模型の風洞実験に有効であるといえる。   From this experimental example, it can be said that the wind tunnel model non-contact support device of the present invention is effective for a wind tunnel experiment of a vehicle model.

次に、本発明の風洞模型非接触支持装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る風洞模型非接触支持装置を説明する図である。この図においては、風の向きは図の左から右方向（Ｘ方向）とする。
風洞模型非接触支持装置１は、模型１０内に配置された冷却容器１１、並びに、同容器１１内に収容された超電導バルク体１２と、風洞内面２０に配置された永久磁石２１（磁場発生装置）と、を備える。 Next, the wind tunnel model non-contact support device of the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram illustrating a wind tunnel model non-contact support apparatus according to a first embodiment of the present invention. In this figure, the wind direction is from the left to the right (X direction) in the figure.
The wind tunnel model non-contact support device 1 includes a cooling container 11 disposed in the model 10, a superconducting bulk body 12 accommodated in the container 11, and a permanent magnet 21 (magnetic field generator disposed on the wind tunnel inner surface 20. And).

超電導バルク体１２は、ピン止め力の強い超電導材料（例えば、Ｇｄ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系材料に代表されるランタン族元素、スカンジウム族元素とバリウム、鋼の酸化物など）を焼結して塊状にして、周囲をガラス繊維などで覆ってエポキシ樹脂などで含浸したものである。これにより、塊状の超電導材料を水密に保持することもできる。冷却容器１１は、断熱性の高い材料（例えば、発泡樹脂やＦＲＰ（繊維強化プラスチック）など）で作製されており、寒剤（例えば、液体窒素）１３が収容される。超電導バルク体１２は、冷却容器１１の底面上に置かれた台座１４に載置される。この際、超電導バルク体１２を底面を含めた周囲から冷却するために、同バルク体１２は容器１１の底面から浮かして保持され、バルク体１２の下面と容器１１の底面との間にも寒剤１３を存在させることが好ましい。超電導バルク体１２を冷却容器１１内に載置し、超電導バルク体１２が完全に浸るまで寒剤１３を注入して、超電導バルク体１２を臨界温度以下に冷却すると、同バルク体１２は超電導状態となる。   The superconducting bulk body 12 is obtained by sintering a superconducting material having a strong pinning force (for example, a lanthanum group element typified by a Gd—Ba—Cu—O-based material, a scandium group element and barium, a steel oxide, etc.). It is made into a lump, covered with glass fiber or the like, and impregnated with epoxy resin or the like. Thereby, the massive superconducting material can be kept watertight. The cooling container 11 is made of a highly heat-insulating material (for example, foamed resin or FRP (fiber reinforced plastic)), and contains a cryogen (for example, liquid nitrogen) 13. The superconducting bulk body 12 is placed on a pedestal 14 placed on the bottom surface of the cooling container 11. At this time, in order to cool the superconducting bulk body 12 from the periphery including the bottom surface, the bulk body 12 is floated and held from the bottom surface of the container 11, and the cryogen is also interposed between the bottom surface of the bulk body 12 and the bottom surface of the container 11. Preferably 13 is present. When superconducting bulk body 12 is placed in cooling container 11 and cryogen 13 is injected until superconducting bulk body 12 is completely immersed, and superconducting bulk body 12 is cooled below the critical temperature, bulk body 12 is in a superconducting state. Become.

永久磁石２１は、箱状の内支持部材２２内に、ガイド２３によりＸ方向に移動可能に支持されて、風洞内面２０の、風洞模型１０に対向する位置に配置されている。この際、永久磁石２１の上面と、風洞内面２０とは同一面上とされている。永久磁石２１の側面と内支持部材２２の内側面との間には荷重センサ２４が取り付けられている。   The permanent magnet 21 is supported in a box-shaped inner support member 22 so as to be movable in the X direction by a guide 23, and is disposed on the wind tunnel inner surface 20 at a position facing the wind tunnel model 10. At this time, the upper surface of the permanent magnet 21 and the wind tunnel inner surface 20 are flush with each other. A load sensor 24 is attached between the side surface of the permanent magnet 21 and the inner side surface of the inner support member 22.

また、内支持部材２２は、箱状の外支持部材３２内に荷重センサ３４により支持されている。さらに、内支持部材２２は、外支持部材３２に対してガイド３３によりＺ方向に移動可能となっている。   The inner support member 22 is supported by a load sensor 34 in a box-shaped outer support member 32. Further, the inner support member 22 is movable in the Z direction by a guide 33 with respect to the outer support member 32.

外支持部材３２は、ガイド３５によりＸ方向に動揺可能に支持されており、左右動付与機構４０により同方向に動揺する。   The outer support member 32 is supported by the guide 35 so as to be swayable in the X direction, and is swayed in the same direction by the left-right motion imparting mechanism 40.

次に、模型１０を非接触支持する方法を説明する。
まず、冷却容器１１の台座１４上に超電導バルク体１２を固定し、同容器１１を模型１０内にはめ込む。次に、この模型１０を、風洞内面２０に配置された永久磁石２１に対して、スペーサ（図示されず）などを介して所定のスキマを開けて支持する。そして、冷却容器１１に寒剤１３を注入して、超電導バルク体１２を臨界温度以下まで冷却して超電導状態とする。すると、超電導バルク体１２の磁場捕捉作用により、同バルク体１２内に、永久磁石２１から発生した磁場分布が記憶される。その後、スペーサを外すと、超電導バルク体１２、すなわち、模型１０は、記憶された磁場分布に基づいて永久磁石、すなわち、風洞内面２０に対して前述のスキマを開けた状態で支持される。 Next, a method for supporting the model 10 in a non-contact manner will be described.
First, the superconducting bulk body 12 is fixed on the base 14 of the cooling container 11, and the container 11 is fitted into the model 10. Next, the model 10 is supported by opening a predetermined gap through a spacer (not shown) or the like with respect to the permanent magnet 21 disposed on the wind tunnel inner surface 20. And the cryogen 13 is inject | poured into the cooling container 11, and the superconducting bulk body 12 is cooled to below critical temperature, and it is set as a superconducting state. Then, the magnetic field distribution generated from the permanent magnet 21 is stored in the bulk body 12 by the magnetic field capturing action of the superconducting bulk body 12. Thereafter, when the spacer is removed, the superconducting bulk body 12, that is, the model 10 is supported in a state where the aforementioned gap is opened with respect to the permanent magnet, that is, the wind tunnel inner surface 20 based on the stored magnetic field distribution.

模型１０に抗力（Ｘ方向）が作用すると、その力は、永久磁石２１の側に取り付けた荷重センサ２４で測定される。また、模型１０に揚力（Ｚ方向）が作用すると、その力は、永久磁石２１の側に取り付けた荷重センサ３４で測定される。   When a drag force (X direction) acts on the model 10, the force is measured by a load sensor 24 attached to the permanent magnet 21 side. Further, when lift (Z direction) acts on the model 10, the force is measured by a load sensor 34 attached to the permanent magnet 21 side.

また、模型１０の進行方向をＹ方向として、左右動付与機構４０により外支持部材３２をＸ方向に動揺させると、模型１０は左右方向に動揺する。この場合、模型１０が左右方向に動揺した時の抗力や揚力も荷重センサ２４、３４で測定できる。
さらに、紙面に垂直な方向（Ｙ方向）においても、同方向に移動可能なガイドや荷重センサなどを設けることによって、同方向の力も測定できる。 Further, when the advancing direction of the model 10 is set to the Y direction and the outer support member 32 is shaken in the X direction by the left and right movement applying mechanism 40, the model 10 is shaken in the left and right direction. In this case, the drag force and lift force when the model 10 is shaken in the left-right direction can also be measured by the load sensors 24 and 34.
Further, even in a direction perpendicular to the paper surface (Y direction), a force in the same direction can be measured by providing a guide or a load sensor that can move in the same direction.

図３は、本発明の第２の実施の形態に係る風洞模型非接触支持装置を説明する図である。
この例は、風洞模型１０の側に永久磁石２１を備え、風洞内面２０の側に超電導バルク体１２及び冷却容器１１を備えたものである。図１と同じ作用・構成を有する部材は図１と同じ符号を付し、説明を省略する。 FIG. 3 is a view for explaining a wind tunnel model non-contact support device according to the second embodiment of the present invention.
In this example, the permanent magnet 21 is provided on the wind tunnel model 10 side, and the superconducting bulk body 12 and the cooling container 11 are provided on the wind tunnel inner surface 20 side. Members having the same functions and configurations as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.

超電導バルク体１２を冷却する寒剤１３として液体窒素を使用すると、液体窒素が常温下で蒸発するため重量が変化する。つまり、この液体窒素を模型１０側に配置すると、模型１０の重量が変化してしまう。そこで、この超電導バルク体１２や冷却容器１１を風洞内面２０に配置し、永久磁石２１を風洞模型１０に搭載すると、模型の重量が変化しない。また、蒸発した液体窒素は白い煙状になって容器１１から漏れるので、風洞模型１０にこのような現象が発生すると好ましくない場合にも適している。   When liquid nitrogen is used as the cryogen 13 for cooling the superconducting bulk body 12, the weight changes because the liquid nitrogen evaporates at room temperature. That is, when this liquid nitrogen is arranged on the model 10 side, the weight of the model 10 changes. Therefore, when the superconducting bulk body 12 and the cooling container 11 are arranged on the wind tunnel inner surface 20 and the permanent magnet 21 is mounted on the wind tunnel model 10, the weight of the model does not change. Further, since the evaporated liquid nitrogen becomes white smoke and leaks from the container 11, it is also suitable when such a phenomenon occurs in the wind tunnel model 10 which is not preferable.

図４は、本発明の第３の実施の形態に係る風洞模型非接触支持装置を説明する図である。
この例は、風洞模型１０の側に超電導バルク体１２及び冷却容器１１を備え、風洞内面２０の側に、永久磁石２１の替わりに超電導磁石５１を備えたものである。 FIG. 4 is a diagram for explaining a wind tunnel model non-contact support device according to a third embodiment of the present invention.
In this example, a superconducting bulk body 12 and a cooling container 11 are provided on the side of the wind tunnel model 10, and a superconducting magnet 51 is provided on the side of the wind tunnel inner surface 20 instead of the permanent magnet 21.

超電導磁石５１は、超電導バルク体１２と同様に冷却容器５１に入れられて、台座５４上に載置されている。冷却容器５１に寒剤５３を注入して超電導磁石５１を冷却することにより、永久磁石２１よりも強力な磁場を発生させることができる。この場合、より大きな磁場を捕捉するために超電導バルク体１２の冷却温度を下げることが望ましく、沸点が２７Ｋの液体ネオンや、４Ｋの液体ヘリウムなどを寒剤として使用することが望ましい。これにより、風洞模型１０の浮上高さを高くすることができる。なお、超電導磁石の替わりに超電導コイルを用いてもよい。   The superconducting magnet 51 is placed in the cooling container 51 like the superconducting bulk body 12 and placed on the pedestal 54. By injecting the cryogen 53 into the cooling container 51 to cool the superconducting magnet 51, a stronger magnetic field than the permanent magnet 21 can be generated. In this case, it is desirable to lower the cooling temperature of the superconducting bulk body 12 in order to capture a larger magnetic field, and it is desirable to use liquid neon having a boiling point of 27K, liquid helium having 4K, or the like as a cryogen. Thereby, the flying height of the wind tunnel model 10 can be made high. A superconducting coil may be used instead of the superconducting magnet.

本発明の第１の実施の形態に係る風洞模型非接触支持装置を説明する図である。It is a figure explaining the wind tunnel model non-contact support apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 実験例に使用した風洞模型非接触支持装置を説明する図である。It is a figure explaining the wind tunnel model non-contact support apparatus used for the experiment example. 本発明の第２の実施の形態に係る風洞模型非接触支持装置を説明する図である。It is a figure explaining the wind tunnel model non-contact support apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施の形態に係る風洞模型非接触支持装置を説明する図である。It is a figure explaining the wind tunnel model non-contact support apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. ピアノ線を用いた模型支持方法の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the model support method using a piano wire. 磁力を用いた模型支持方法の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the model support method using magnetic force.

符号の説明Explanation of symbols

１ 風洞模型非接触支持装置
１０ 風洞模型 １１ 冷却容器
１２ 超電導バルク体 １３ 寒剤
１４ 台座 １６、１７ バネ秤
２０ 風洞内面 ２１ 永久磁石
２２ 内支持部材 ２３ ガイド
２４ 荷重センサ ３２ 外支持部材
３３ ガイド ３４ 荷重センサ
３５ ガイド ４０ 左右動付与機構
５１ 冷却容器 ５２ 超電導磁石
５３ 寒剤 ５４ 台座 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wind tunnel model non-contact support apparatus 10 Wind tunnel model 11 Cooling container 12 Superconducting bulk body 13 Cold agent 14 Base 16, 17 Spring balance 20 Wind tunnel inner surface 21 Permanent magnet 22 Inner support member 23 Guide 24 Load sensor 32 Outer support member 33 Guide 34 Load sensor 35 Guide 40 Left-right motion imparting mechanism 51 Cooling container 52 Superconducting magnet 53 Cryogen 54 Pedestal

Claims (8)

風洞中に風洞模型を非接触で支持する方法であって、
前記風洞模型、又は、該模型が対向する風洞内面のいずれか一方に、超電導バルク体、及び、該超電導バルク体を冷却しつつ収容する冷却容器を備えるとともに、いずれか他方に磁場発生装置を備え、
前記超電導バルク体の磁場捕捉特性を利用して前記風洞模型を前記風洞内面に対して非接触で支持し、
前記風洞内面に備えられた前記冷却容器又は磁場発生装置に荷重センサが設けられ、該荷重センサで前記風洞模型に作用する抗力及び揚力を測定することを特徴とする風洞模型非接触支持方法。 A method for supporting a wind tunnel model in a wind tunnel in a non-contact manner,
A superconducting bulk body and a cooling container that cools and accommodates the superconducting bulk body are provided on one of the wind tunnel model and the inner surface of the wind tunnel facing the model, and a magnetic field generator is provided on the other. ,
Supporting the wind tunnel model in a non-contact manner with respect to the inner surface of the wind tunnel using the magnetic field trapping property of the superconducting bulk body ,
A wind tunnel model non-contact support method , wherein a load sensor is provided in the cooling vessel or magnetic field generator provided on the inner surface of the wind tunnel, and the drag and lift acting on the wind tunnel model are measured by the load sensor . 前記風洞模型に永久磁石を備え、
前記固定面に超電導バルク体及び冷却容器を備えることを特徴とする請求項１記載の風洞模型非接触支持方法。 The wind tunnel model has a permanent magnet,
The wind tunnel model non-contact support method according to claim 1, wherein a superconducting bulk body and a cooling vessel are provided on the fixed surface. 前記風洞模型に超電導バルク体及び冷却容器を備え、
前記風洞内面に超電導磁石又は超電導コイルを備えることを特徴とする請求項１記載の風洞模型非接触支持方法。 The wind tunnel model comprises a superconducting bulk body and a cooling vessel,
The wind tunnel model non-contact support method according to claim 1, further comprising a superconducting magnet or a superconducting coil on the inner surface of the wind tunnel. （現請求項５）
前記風洞内面に設けられた超電導バルク体及び冷却容器が移動可能なことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の記載の風洞模型非接触支持方法。 (Current claim 5)
The wind tunnel model non-contact support method according to any one of claims 1 to 3, wherein the superconducting bulk body and the cooling vessel provided on the inner surface of the wind tunnel are movable. 風洞中に風洞模型を非接触で支持する装置であって、
前記風洞模型、又は、該模型が対向する風洞内面のいずれか一方に配置された、超電導バルク体、及び、該超電導バルク体を冷却しつつ収容する冷却容器と、
いずれか一方に配置された磁場発生装置と、を備え、
前記超電導バルク体の磁場捕捉特性を利用して前記風洞模型を前記風洞内面に対して非接触で支持し、
前記風洞内面に備えられた前記冷却容器又は磁場発生装置に設けられた荷重センサを有し、該荷重センサで前記風洞模型に作用する抗力及び揚力を測定することを特徴とする風洞模型非接触支持装置。 A device for supporting a wind tunnel model in a non-contact manner in a wind tunnel,
The superconducting bulk body, which is disposed on either the wind tunnel model or the inner surface of the wind tunnel facing the model, and a cooling container that accommodates the superconducting bulk body while cooling,
A magnetic field generator disposed on either side,
Supporting the wind tunnel model in a non-contact manner with respect to the inner surface of the wind tunnel using the magnetic field trapping property of the superconducting bulk body ,
A wind tunnel model non-contact support comprising a load sensor provided in the cooling vessel or magnetic field generator provided on the inner surface of the wind tunnel, and measuring a drag and lift acting on the wind tunnel model with the load sensor apparatus. 前記風洞模型に配置された永久磁石と、
前記固定面に配置された超電導バルク体及び冷却容器と、を備えることを特徴とする請求項５記載の風洞模型非接触支持装置。 A permanent magnet disposed in the wind tunnel model;
The wind tunnel model non-contact support device according to claim 5, further comprising: a superconducting bulk body and a cooling container disposed on the fixed surface. 前記風洞模型に配置された超電導バルク体及び冷却容器と、
前記風洞内面に配置された超電導磁石又は超電導コイルと、を備えることを特徴とする請求項５記載の風洞模型非接触支持装置。 A superconducting bulk body and a cooling vessel disposed in the wind tunnel model;
The wind tunnel model non-contact support device according to claim 5, further comprising a superconducting magnet or a superconducting coil disposed on the inner surface of the wind tunnel. 前記風洞内面に設けられた超電導バルク体及び冷却容器が移動可能なことを特徴とする請求項５〜７いずれか１項記載の記載の風洞模型非接触支持装置。 The wind tunnel model non-contact support device according to any one of claims 5 to 7, wherein a superconducting bulk body and a cooling vessel provided on the inner surface of the wind tunnel are movable.
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