JP5354659B2 - 流体力分布計測方法及び計測装置 - Google Patents
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Description
抵抗成分を形状抵抗と誘導抵抗に分離し、その各構成要素における流体力分布を計測するための手法として、後流積分法という手法が知られている[非特許文献2参照]が、従来の後流積分法では、物体後流の計測に、圧力プローブを使用し、物体後流領域全域に対して、プローブを移動させながら計測を行うために、計測に時間がかかるとともに、プローブの挿入により、流れが変化し、プローブのない状態とは結果が変わってしまい、正確な計測が困難であるといった問題がある。
本発明の物体に作用する流体力(抗力及び揚力)を計測する方法は、請求項1に記載の方法によって得られた物体に作用する形状抵抗、誘導抵抗及び揚力分布を次式により積分することにより、物体に作用する抗力及び揚力を計測する方法。
また、物体後流の3成分速度分布を計測する手法として、粒子画像流速測定法、レーザドップラ流速計、2焦点式レーザ流速計、ドップラーグローバル流速計、レーザ誘起蛍光法、超音波流速計のいずれかを用いることにより、流体の流れを変化させることなく計測するようにした。
本発明は、上記方法において流れと交叉する複数の計測面における物体後流の3成分速度分布値を総合することにより、流れ方向の速度変化に対し、高精度の圧力分布を推算するものとした。
本発明の模型に作用する抗力及び揚力を計測する装置は、風洞内に模型とシーディングジェネレータを配置すると共に、前記模型の後方部にレーザーライトシートを形成する手段と、該レーザーライトシートを異なる角度から撮影するステレオカメラと、制御用パソコンとを備えたものであって、該制御用パソコンはステレオ画像情報から3成分速度分布を、該3成分速度分布値を入力として数値流体解析手法を用いて、主流に直交する1つの平面内の3成分速度場から圧力分布を、前記3成分速度分布値と前記圧力分布値を用いて後流積分法により形状抵抗、誘導抵抗及び揚力分布を、さらには、これを積分することにより、抗力及び揚力を計測するようにした。
本発明の計測方法及び計測装置は、1回の計測で、2次元平面の計測が可能なため、PIV等における圧力プローブ等の1点1点の計測と異なり、計測時間が大幅に短縮される。
本発明の計測方法及び計測装置は、得られる速度分布のみでは、抵抗成分を直接計測することはできないが、速度分布から圧力分布を推算する手法を採用することにより、抵抗成分を推定することが可能となる。
第1ステップでは物体が配置されている流体場において、物体後流の3成分速度分布を計測する。3成分速度分布計測は、流れ方向に1または複数の面を対象とする。また、3成分速度分布計測では、流れを変化させることなく、計測が可能な方法として、ステレオPIV、LGV、2焦点式レーザ流速計(L2F)、ドップラーグローバル流速計(DGV)、レーザ誘起蛍光法(LIF)、超音波流速計等を用いる。ステレオPIVを使った方法では、短時間のデータ取得で、広範囲の3成分速度分布を計測することが可能である。
抗力係数CDは、次式より求める。
図4で示された3成分速度分布を入力として、数値流体解析手法を用いて、空間圧力分布を計算した結果を図5に示す。図4で示された3成分速度分布と図5で示された空間圧力分布を入力とし、後流積分法を使用して、計算された形状抵抗分布(Cdp*C)、誘導抵抗分布(Cdi*C)及び揚力分布(Cl*C)を図6〜8、また、後流積分法を使用して計算された後流断面での形状抵抗分布(cdp)及び誘導抵抗分布(cdi)を図9、10に示す。図6より、模型中心部分と翼の左右で形状抵抗が大きいことが分かり、さらに、図9の後流断面の分布では、より明確に模型と形状抵抗の対応が明確にわかる。図7より、翼端付近で誘導抵抗が大きいことが分かり、図10の後流断面の分布でも同様の結果となっている。
物体の各構成要素における流体力の分布を知ることで、空力設計において、抗力及び揚力を低下あるいは増大させることを目的とした装置の効果を直接評価することが可能となる。
本発明の計測方法及び装置を使うことで、天秤を使った空気力計測が困難な状況においても、その物体の後流を計測することで、抗力と揚力を計測することができる。
Claims (6)
- 流体場に存する物体の後流の3成分速度分布を計測するステップと、前記3成分速度分布値を入力として、数値流体解析手法を用いて、主流に直交する1つの平面内の3成分速度場から圧力分布を計算するステップと、前記3成分速度分布値と前記圧力分布値を用いて後流積分法により、物体に作用する形状抵抗、誘導抵抗及び揚力分布を算出して得る方法。
- 請求項1に記載の方法によって得られた物体に作用する形状抵抗、誘導抵抗及び揚力分布を次式により積分することにより、物体に作用する抗力及び揚力を計測する方法。
- 物体後流の3成分速度分布を流体の流れを変化させることなく計測する手法として、粒子画像流速測定法、レーザドップラ流速計、2焦点式レーザ流速計、ドップラーグローバル流速計、レーザ誘起蛍光法、超音波流速計のいずれかを用いて計測した請求項1に記載の形状抵抗、誘導抵抗及び揚力分布を計測する方法。
- 流れと交叉する複数の計測面における物体後流の3成分速度分布値を総合することにより、流れ方向の速度変化に対し、高精度の圧力分布を推算する請求項1に記載の形状抵抗、誘導抵抗及び揚力分布を計測する方法。
- 流体場に存する物体の後流の3成分速度分布を計測する手段と、前記3成分速度分布値を入力として、数値流体解析手法を用いて、主流に直交する1つの平面内の3成分速度場から圧力分布を計算する手段と、前記3成分速度分布値と前記圧力分布値を用いて後流積分法により、形状抵抗、誘導抵抗及び揚力分布を算出する手段とを備えた物体に作用する形状抵抗、誘導抵抗及び揚力分布を計測する装置。
- 風洞内に模型とシーディングジェネレータを配置すると共に、前記模型の後方部にレーザーライトシートを形成する手段と、該レーザーライトシートを異なる角度から撮影するステレオカメラと、制御用パソコンとを備えたものであって、該制御用パソコンはステレオ画像情報から3成分速度分布を、該3成分速度分布値を入力として数値流体解析手法を用いて、主流に直交する1つの平面内の3成分速度場から圧力分布を、前記3成分速度分布値と前記圧力分布値を用いて後流積分法により形状抵抗、誘導抵抗及び揚力分布を、さらには、これを積分することにより、物体に作用する抗力及び揚力を計測する装置。
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