JP5244700B2 - 風洞実験設備 - Google Patents

Description

本発明は、風洞実験設備に関し、特に車両の車輪とフェンダーとの間の流れ場の再現に関するものである。

一般に、走行時の車両周りの流体現象を調べる風洞実験においては、煙を用いるトレーサ法等による流れ場の再現が行われている。また、車両の車輪周辺の流れ場を再現するためには、図６（ａ）に示すように道路に相当する車両下の部分を風速と同じ速度で動かすムービングベルト等の車輪を回転させる装置を使用して実走行に近い状態を再現したり、車両を自走させる等して実験が実施されている。それらの実験により、フェンダーと車両との間に想定される速度分布は、図６（ｂ）に示すように、車輪の直上が最大速度となりフェンダーに向けて速度が低下しフェンダー直下で０となる三角形を形成することが知られている。また、この速度分布について、車輪からフェンダーまでの距離と噴出速度との関係は、図７に示された関係となる。

特許文献１から特許文献３には、道路に相当する車両下の部分を移動させるムービングベルトが開示されている。
特許文献４には、道路に相当する車両下の部分を移動させる装置として車輪と共に回転するローラを有した車輪受けが開示されている。

特表平１１−５０９９２６号公報 特開２００４−１９８３１７号公報 特開２００４−７７４０２号公報 特開２００１−３２４４０９号公報

しかしながら、ムービングベルト等の車輪を回転させる装置を利用して実走行相当の状態を再現する風洞実験設備や車両を自走させる風洞実験設備は、その構造が複雑となり製作に時間を要し、さらには費用もかかるという問題があった。
例えば、特許文献１から特許文献３に開示されている発明では、ムービングベルトが必要となるという問題があった。
例えば、特許文献４に開示されている発明では、車輪と共に回転するローラを有した車輪受けが必要となるという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ムービングベルト等の車輪を回転させる装置の使用や車両を自走させることなくフェンダーと車両との間の流れ場を再現できる風洞実験設備を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の風洞実験設備は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる風洞実験設備は、風洞内を流れる流体の流れに伴って流れるトレーサによる流れ場の再現手段と、フェンダーと車輪とを有する車両と、を備える風洞実験設備において、前記流れ場の再現手段は、前記フェンダーと前記車輪との間に設けられるとともに複数の噴出口が形成された噴出体と、前記トレーサを含む流体を前記噴出口に供給するトレーサ用流体供給装置とを備え、前記トレーサ用流体供給装置は、前記トレーサを含む流体の流量を前記車輪の直上の前記噴出体から前記フェンダーの直下の前記噴出体に向かって減少させるように調整されることを特徴とする。

フェンダーと車輪との間の実際の速度分布は、車輪の直上が最大速度となりフェンダーに向けて速度が低下し、フェンダー直下では０となる。そこで、車輪の直上に設置された噴出口から噴出されるトレーサを含む流体の流量は、フェンダーの直下に設置された噴出口から噴出されるトレーサを含む流体の流量よりも多く噴出するようにトレーサを含む流体の流量を調整することとしたので、車輪を回転させることなくフェンダーと車輪との間の流れ場を再現することができる。そのため、車輪を回転させる装置や車両を実走させる装置が不要となり風洞実験設備が簡素化される。従って、風洞実験設備の設置時間の短縮や設置費用を削減できる。

本発明の風洞実験設備における前記噴出体には、前記車輪から前記フェンダーに向かって密となるように開口率が異なる金網が設けられていることを特徴とする。

トレーサを含む流体は、金網の開口率が密となった部分を通過する際には金網の開口率が粗の部分を通過する際に比べて噴出する流量が減少する。また、フェンダーと車輪との間の実際の速度分布は、車輪の直上が最大速度となりフェンダーに向けて速度が低下し、フェンダーの直下では０となる。そこで、噴出体に設けられている金網の開口率を車輪からフェンダーに向けて粗から密になるように変化させることとしたので、噴出体の数を増やすことなくフェンダーと車両との間の実際の流れに近似した流れ場の再現が可能となる。

本発明の風洞実験設備における前記噴出体に形成された各前記噴出口の全幅は、前記車輪の幅と略同等とされ、それぞれの前記噴出口の幅は、略同等とされていることを特徴とする。

噴出口は、車輪の幅に渡って均一に分割されたトレーサを含む流体が噴出するので、車輪の全幅における流れ場の再現を行うことができる。

本発明の風洞実験設備における前記車両は、前記車輪として無限軌道帯が用いられていることを特徴とする。

無限軌道帯とフェンダーとの間の流れを再現できるので、無限軌道帯によって巻き上げられる粉塵を再現することが可能となる。

本発明によると、フェンダーと車輪との間に設置された噴出体の複数の噴出口には、車輪の直上の噴出口からフェンダーの直下の噴出口に向かって順に流量を減らすように調整されたトレーサを含む流体が導かれるので、車輪を回転させることなくフェンダーと車輪との間の流れ場を再現することができる。そのため、車輪を回転させる装置や車両を実走させる装置が不要となり風洞実験設備が簡素化される。従って、風洞実験設備の設置時間の短縮や設置費用を削減できる。

本発明の第１実施形態に係る風洞実験設備の側面図である。 図１に示した噴出体の斜視図である。 図１に示した無限軌道体からフェンダーまでの距離と噴出体からの煙を含む気体の想定噴出速度との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る噴出体を示し、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は噴出体が有する金網の正面図である。 本発明の第２実施形態について、無限軌道体からフェンダーまでの距離と、噴出体からの煙を含む気体の噴出速度との関係を示すグラフである。 従来の風洞実験設備を示し、（ａ）はその要部を示した概略図であり、（ｂ）は車輪が駆動された場合における車輪とフェンダーとの間の速度分布を示した図である。 図６に示した車輪が駆動される場合における車輪からフェンダーまでの距離と、想定噴出速度との関係を示すグラフである。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１には、本発明の第１実施形態に係る風洞実験設備１の側面図が示されている。
風洞実験設備１は、車両２と、風洞内を流れる気体（流体）の流れに伴って流れる煙（トレーサ）の流れ場の再現手段３とを備えている。
車両２は、無限軌道帯（車輪）５と、この無限軌道帯５から一定距離を隔てた上部に位置しているフェンダー６とを有する。
流れ場の再現手段３は、煙噴出装置（図示せず）と、トレーサ用流体供給装置８と、噴出体９と、送風機１０とを有する。
トレーサ用流体供給装置８は、フローメータ１１Ａ，１１Ｂと、流量調整弁１２Ａ，１２Ｂと、分岐管１３と、分岐配管１４Ａ，１４Ｂと、ビニル管１５Ａ，１５Ｂとを有している。

トレーサ用流体供給装置８に備えられている分岐管１３は、煙噴出装置から送風機１０を介して接続されている。分岐管１３には、２本の分岐配管１４Ａ，１４Ｂが接続されている。分岐配管１４Ａ，１４Ｂには、煙を含む気体の流量を調節するために流量調整弁１２Ａ，１２Ｂが接続されている。流量調節弁１２Ａ，１２Ｂに接続されているフローメータ１１Ａ，１１Ｂは、流量調整弁１２Ａ，１２Ｂによって調整された煙を含む気体の流量を測定することができる。フローメータ１１Ａ，１１Ｂの下流側は、取り回しが容易なビニル管１５Ａ，１５Ｂによって分配器（図示せず）に接続されている。分配器には、噴出体９の噴出口９Ａ，９Ｂ内の分割された格子の数だけビニル管１５Ａ，１５Ｂが接続されている。
噴出体９は、車両２の無限軌道帯５の前部とフェンダー６との間に、開口面が流れ場の上流側になるように設置されている。

次に、第１実施形態に係る噴出体９について、図２を用いて説明する。
噴出体９は、複数の格子部３０Ａを有する噴出口９Ａと、複数の格子部３０Ｂを有する噴出口９Ｂとを備えている。噴出口９Ａ，９Ｂは、無限軌道帯５の幅と同等の横幅を有する直方体を形成している。噴出口９Ａ，９Ｂは、無限軌道帯５の幅方向に格子状に均等に分割されている。複数の格子部３０Ａ，３０Ｂは、横一列に配置されている。複数の格子部３０Ａ，３０Ｂには、フローメータ１１Ａ，１１Ｂから分岐されたビニル管１５Ａ，１５Ｂが接続されている。

煙発生装置によって発生された煙を含む気体は、送風機１０によって分岐管１３に導入される。分岐管１３に導入された煙を含む気体は、分岐配管１４Ａ，１４Ｂを経由して流量調整弁１２Ａ，１２Ｂによって流量が調整される。流量が調整された煙を含む気体は、フローメータ１１Ａ，１１Ｂを介してビニル管１５Ａ，１５Ｂに導出される。導出された煙を含む気体は、ビニル管１５Ａ，１５Ｂに接続されている分配器によって噴出口９Ａ，９Ｂの各格子部３０Ａ，３０Ｂに導入される。導入された煙を含む気体は、噴出口９Ａ，９Ｂの内部を通過し、噴出体９の開口している面から噴出される。

図３には、第１実施形態における無限軌道帯５からフェンダー６までの距離と煙を含む気体によって模擬される噴出速度との関係が示されている。
同図において、縦軸は無限軌道帯５とフェンダー６との間の距離を示し、横軸は噴出体９の開口面から噴出される煙を含む気体の噴出速度を示している。無限軌道帯５とフェンダー６との間の実際の噴出速度は、無限軌道帯５の直上が最大速度となりフェンダー６に向けて速度が低下しフェンダー６の直下では０となる。そのため、想定される無限軌道帯５とフェンダー６との間の実際の噴出速度は、同図においては破線で示される。各噴出口９Ａ，９Ｂに供給される煙を含んだ気体の流量を変えることによって無限軌道帯５とフェンダー６との間の噴出速度を模擬する。噴出速度が速い側に設置されている噴出口９Ａから噴出される煙を含んだ気体が、噴出速度が遅い側に設置されている噴出口９Ｂから噴出される煙を含んだ気体よりも多量の煙を含んだ気体が噴出するように調整することにより、噴出速度を模擬する。そこで、無限軌道帯５の直上に設置されている噴出口９Ａに供給される煙を含む気体の流量は、煙発生装置が発生する全流量に対して７５％になるように流量調整弁１２Ａによって調整される。また、フェンダー６の直下の噴出口９Ｂには、煙発生装置が発生する全流量に対する２５％の流量が流量調整弁１２Ｂを調整することによって供給される。これら２つの噴出口９Ａ，９Ｂに供給される流量を変えることによって噴出口９Ａ，９Ｂから噴出される煙を含む気体の流量が変わるので、模擬された噴出速度は図３中の実線で示されるように階段状を形成する。

以上の通り、本実施形態に係る風洞実験設備によれば、以下の作用効果を奏する。
フェンダー６と無限軌道帯５との間に設置された噴出体９の噴出口９Ａ，９Ｂからは、流量が調整された煙を含む気体が噴出するので、フェンダー６と無限軌道帯５と間の流れ場を再現することができる。そのため、無限軌道帯５を回転させる装置が不要となり風洞実験設備１が簡素化される。従って、風洞実験設備１の設置時間の短縮や設置費用を削減できる。

また、噴出体９の噴出口９Ａ，９Ｂは、無限軌道帯５の幅に渡って均一に分割された煙を含む気体を噴出するので、無限軌道帯５の全幅における流れ場の再現をすることができる。

なお、本実施形態では、トレーサとして煙を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、メタン等のガスとしても良い。ガスを使用する場合には、濃度測定点を予め噴出体９の開口側に数点設けておき、各濃度測定点におけるガス濃度をガスクロマトグラフで測定することによって、流れ場を再現してもよい。
また、トレーサである煙は、流体である気体とともに煙発生装置によって発生させて流量調整弁１２Ａ，１２Ｂにより流量を調整するものとして説明したが、トレーサの投入位置は、送風機１０から噴出体９の開口面までの間のいずれの位置に投入しても良い。
さらに、噴出口９Ａ，９Ｂは２つとして説明したが、さらに数を増やしても良い。数を増やすことによって、さらに現状の流れに近似した噴出速度を模擬することができる。
また、噴出体９の噴出口９Ａ，９Ｂは、煙を含む気体の流量が無限軌道帯５からフェンダー６に向けて上方向に順に減少するように調整されるとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、無限軌道帯５の幅方向に噴出口９Ａ，９Ｂを有する噴出体９として無限軌道帯５の幅方向の流れ場を再現しても良い。
また、無限軌道帯５を用いて説明したが、車輪としても良い。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る噴出体９と金網２０とについて図４（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。
本実施形態に係る噴出体９と金網２０は、第１実施形態で説明した風洞実験設備１に同様に設置される。そのため、第１実施形態との共通部分についての説明は、省略する。
噴出体９は、図４（ａ）に示されるように、２つの噴出口９Ａ，９Ｂを有しており、噴出体９の開口面には、金網２０が設置されている。金網２０は、図４（ｂ）に示されるように、無限軌道帯５からフェンダー６に向かって開口率が粗から密になっている。
図５は、第２実施形態における無限軌道帯５からフェンダー６までの距離と煙を含む気体によって模擬される噴出速度との関係が示されている。同図においても図３と同様に、縦軸は無限軌道帯５とフェンダー６との間の距離を示し、横軸は噴出体９の開口面から噴出される煙を含む気体の噴出速度を示している。
同図においても図３と同様に、無限軌道帯５の直上の噴出口９Ａに供給される煙を含む気体の流量は、煙発生装置が発生する全流量に対して７５％になるように流量調整弁１２Ａによって調整される。また、フェンダー６の直下の噴出口９Ｂには、煙発生装置が発生する全流量に対する２５％の流量が流量調整弁１２Ｂを調整することによって供給される。さらに、噴出体９の開口面には、図４（ｂ）に示されている開口率が異なる金網２０を設置しているので図３の実線で示した階段状の気体の噴出速度が、図５においては、実線で示す形状になる。そのために、噴出体９の開口面に開口率が異なる金網２０を設置することによって、第１実施形態に係る図３の実線で示した階段状の噴出速度を破線で示した実際の噴出速度に近似した形状に模擬することができる。
煙を含んだ気体は、噴出体９に設置された金網２０の開口率が密となった部分を通過する際には金網２０の開口率が粗の部分を通過する際に比べて噴出する流量が減少する。また、無限軌道帯５とフェンダー６との間の実際の速度分布は、無限軌道帯５の直上が最大速度となりフェンダー６に向けて速度が低下し、フェンダー６の直下では０となる。そのため、噴出体９に設けられている金網２０の開口率を無限軌道帯５からフェンダー６に向けて粗から密へと変化させることによって、噴出口９Ａ，９Ｂの数を増やすことなく無限軌道帯５とフェンダー６との間の実際の流れに近似した再現が可能となる。

なお、流量調整弁１２Ａ，１２Ｂによる煙を含む気体の流量の調整や金網２０の開口率の情報は、試験運転によって得ることができる。

以上の通り、本実施形態に係る風洞実験設備１によれば、以下の作用効果を奏する。
煙を含む気体は、噴出体９に設置されている開口率が異なる金網２０を通過することによって噴出口９Ａ，９Ｂから噴出する速度が変えられる。そのために、開口率が変化する金網２０を煙を含んだ気体が通過することによって噴出口９Ａ，９Ｂの数を増やすことなく、実際の噴出速度に近似した速度を模擬することができる。従って、フェンダー６と無限軌道帯５との間の実際の流れに近似した再現が可能となる。

なお、本実施形態では、車両２は、実車両相当として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく模型車両としても良い。

１ 風洞実験設備
２ 車両
３ 流れ場の再現手段
５ 無限軌道帯（車輪）
６ フェンダー
８ トレーサ用流体供給装置
９ 噴出体
９Ａ，９Ｂ 噴出口

Claims (4)

1. 風洞内を流れる流体の流れに伴って流れるトレーサによる流れ場の再現手段と、
   フェンダーと車輪とを有する車両と、
   を備える風洞実験設備において、
   前記流れ場の再現手段は、前記フェンダーと前記車輪との間に設けられるとともに複数の噴出口が形成された噴出体と、前記トレーサを含む流体を前記噴出体に供給するトレーサ用流体供給装置とを備え、
   前記トレーサ用流体供給装置は、前記トレーサを含む流体の流量を前記車輪の直上の前記噴出口から前記フェンダーの直下の前記噴出口に向かって減少させるように調整されることを特徴とする風洞実験設備。
2. 前記噴出体には、前記車輪から前記フェンダーに向かって密となるように開口率が異なる金網が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の風洞実験設備。
3. 前記噴出体に形成された各前記噴出口の全幅は、前記車輪の幅と略同等とされ、それぞれの前記噴出口の幅は、略同等とされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の風洞実験設備。
4. 前記車両は、前記車輪として無限軌道帯が用いられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の風洞実験設備。
   

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