JP5796752B2 - 吹雪の発生装置 - Google Patents
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その一例として、環境試験室内で人工雪により吹雪を模擬して、吹雪を車両に向かって吹き出し、エンジンルーム内への雪の混入による不具合問題、足回り部品の凍結等の着氷問題に対処することが行われている。
吹雪発生装置は、フレーク状の氷片を製造する製氷機と、製造されたフレーク状の氷片を所定粒径の氷粒に砕氷する砕氷機と、砕氷された所定粒径の氷粒により模擬された人工雪を風洞内に搬送する配管と、配管の先端に設置され、車両の前部に向かって吹き出す吹き出しノズルとを有する。
このような環境試験室によれば、吹雪発生装置を利用して、風洞内において、吹雪を車両に向かって吹き出すことにより、自然環境・気象条件を模擬した環境試験を行うことが可能である。
その一方で、車両を配置する風洞内において、車両と気流の吹き出し口との距離が短い(1ないし2メートル程度)という制約があり、この短い距離の間で自然状態の吹雪を模擬して、車両に吹き付ける必要がある。
しかしながら、このような拡散技術によると、以下のような技術的問題点が存する。
より詳細には、吹き出しノズルが風洞の外に配置されることにより、風洞内において吹き出しノズルの背後からの気流は、乱されてしまう。特に、車両の高さ方向に吹雪の所望の濃度レベル分布を実現するために、吹き出しノズルを高さ方向に間隔を隔てて複数配置する場合には、その分余計に気流が乱され、精確な雪環境試験を行うことが困難となる。
以上のように、吹き出しノズルを風洞の外に配置するとすれば、吹き出しノズルと車両との距離が短くなり、その距離の間で、吹雪に所望の広がりを与えるとすれば、以上のような問題が引き起こされる。
以上の技術的問題点に鑑み、本発明の目的は、雪を背後からの気流に乗せることにより吹雪を模擬し試験体に向かって吹き出す際、吹雪を乗せる気流を乱さずに試験体の高さ方向に亘って吹雪を均一に分布させることにより、精確な雪環境試験を行うことが可能な吹雪の発生装置を提供することにある。
雪を気流に乗せることにより吹雪を模擬する吹雪の発生装置であって、
雪を気流により圧送し、先端部に吹き出しノズルを有する雪供給管を有し、
該吹き出しノズルは、目的物に向かって平行流の気流を流す風洞内で、風洞の絞り部より上流側に、平行流に沿って雪を吹き出す向きに配置され、
前記吹き出しノズルの吹き出し口に、オリフィス絞り開口を設けた、構成としている。
なお、ここに『雪』とは、自然雪のように雪の結晶が重なり合っている雪片と、氷粒からなる人工雪のような雪粒子との両方を含む広義の意味を有し、『吹雪』とは、降雪による吹雪状態のみならず、このような雪片あるいは雪粒子が風あるいは車の通過等により移動する状況をも意味する広義の意味を有する。
さらに、前記環状部は、前記オリフィス絞り開口を形成する内周面が前記吹き出しノズルの内周面に向かって上流方向に延びる曲周面をなすのがよい。
さらにまた、前記曲周面は、前記雪供給管の長手方向に沿う断面の内縁部が、四分の一円弧状をなすのがよい。
加えて、前記曲周面は、前記吹き出しノズルの吹き出し口の近傍において、前記オリフィス絞り開口から上流方向の所定位置において、最狭部を形成するように設けられるのでもよい。
さらにまた、吹雪は、風洞内に配置された静止車両に向かって吹き出され、静止車両に対して雪環境試験を行うのに用いられ、
前記吹き出し口と車両との間隔が、3メートル以上であり、
前記吹き出しノズルは、風洞の絞り部の範囲内で車両の高さ全体に亘ってカバーするように高さ方向に間隔を隔てて、複数設けられ、
各々の吹き出し口から吹き出される雪の量を互いに独立に調整可能とし、
車両の高さに応じて、吹雪の濃度分布を調整可能とするものでもよい。
加えて、雪は、製氷された氷片を砕氷して氷粒とする人工雪であってもよい。
さらに、雪は、所定湿度および所定温度の冷風を利用して生成される人工結晶雪であってもよい。
さらにまた、雪は、自然雪を利用するのでもよい。
加えて、前記オリフィス絞り開口の位置は、前記吹き出しノズルの吹き出し口近傍において、前記雪供給管の長手方向に調整可能であるのがよい。
また、前記吹き出しノズルは、前記風洞内に配置された翼型ガイドにより支持され、
該翼型ガイドは、中空部を有し、横断面形状が翼型であり、翼の長手方向が前記風洞内に発生する気流に沿う向きに配置され、前記風洞の外で開口し、
前記中空部内に、前記雪供給管が収容され、前記風洞の外で前記中空部から引き出されるのがよい。
雪を気流に乗せることにより吹雪を模擬する吹雪の発生装置であって、
雪を気流により圧送し、先端部に吹き出しノズルを有する雪供給管を有し、
該吹き出しノズルは、目的物に向かって平行流の気流を流す風洞内で、風洞の絞り部より上流側に、平行流に沿って雪を吹き出す向きに配置され、
該吹き出しノズルの外であって、気流の進行方向前方の所定位置に該吹き出しノズルに対向する拡散板が配置され、
それにより、前記吹き出しノズルから吹き出され、気流に乗って気流進行方向に沿って発生する吹雪が、拡散板に当って偏向され、拡散板の四方外方に向かって拡散する、構成としている。
さらに、吹雪は、風洞内に配置された静止車両に向かって吹き出され、静止車両に対して雪環境試験を行うのに用いられ、
車両に向かう気流の速度を調整することにより、静止車両を用いて走行車両を模擬する際、気流の速度に応じて、前記オリフィス絞り開口あるいは前記拡散板を選択するのがよい。
さらにまた、前記気流の速度が、毎時60キロメートル以下の場合は、前記オリフィス絞り開口を選択し、毎時80キロメートルないし120キロメートルの場合は、前記拡散板を選択するのがよい。
加えて、高さ方向に互いに所定間隔を隔てて、複数の前記雪供給管が設けられ、
前記複数の雪供給管のうち、最も低レベルの雪供給管の前記吹き出しノズルには、前記拡散板を設け、
前記拡散板は、吹雪が拡散板に当って偏向され、斜め上方に拡散するように、気流の進行方向に沿って斜め上向きに設置するのがよい。
まず、雪環境試験システムについて説明すれば、図1に示すように、雪環境試験システム10は、氷粒からなる人工雪を利用し、人工雪をその背後からの気流に乗せて吹雪を模擬して、試験供試体である車両Vに向かって吹き付けるように構成され、そのために、吹雪供給システム12と、気流供給システム14とを有する。
特に、氷粒の粒径および水分含有率が主な影響因子である所定の雪質を具備する吹雪を必要量用いて、車両Vに向かって連続的に吹き付ける際、車両Vの高さ全体に拡散し、場合により車両Vの高さ方向に所望の吹雪濃度分布を実現できるようにするために、所定の温度および湿度管理のもとで、人工雪として利用する氷粒群を試験直前に製造して迅速に供給することが要求される。
送風機25によって送風された気流は、いったん気流全体としての風速(動圧)を低下させて中間胴部における圧力(静圧)を上昇させた後、縮流胴314を通過させることで、測定するのに必要十分な風量(風速)の気流を吹出し口316から測定室300に吹き出すことができるようにしている。
また、吹雪試験用の回流型風洞16の場合、試験後の雪を分離回収するために、車両Vの下流に、別途雪補修装置38を設けているが、いずれにせよ、雪の重力落下あるいは慣性効果により雪を分離させるのに、車両Vの下流に、敢えて気流を整流させない領域を設けている。
人工雪の分配装置34を湿雪装置32の上流側に設置するのは、人工雪の分配装置34を下流側に設置すると、湿雪化した雪が分配装置34に送られて、分配装置34内に付着して、詰まりを生じることがあり、それを防止するためである。
より詳細には、吹雪がオリフィス絞り開口204(後に説明)により拡散されて車両Vに向かって吹き付けられる際、圧送空気の圧送速度が高いと、吹き出しノズル36の部分の吹雪のみ吹雪の速度が高くなり、自然の吹雪から逸脱する一方、送風機25から吹き出される気流の速度を変えることにより、拡散される吹雪全体の速度を一様に変動させることが可能であり、特に静止車両Vにより、走行車両を模擬する場合に、送風機25から吹き出される気流の速度を変動させるのが有利である。
たとえば、吹き出しノズル36の背後から車風速を再現した低温気流が、走行車両を模擬すべく毎時20ないし100kmの場合、吹き出しノズル36から3メートル
程度前方位置に車両を配置し、その位置において、自然界の吹雪の再現、すなわち雪の濃度(もしくは吹雪強度)を鉛直方向に一様に50ないし500kg/m2hとするためには、一つの吹き出しノズル36が示す吹雪状態範囲を考えて、全体の吹雪再現する面積に、適切に複数の吹き出しノズル36を配設して全体としての吹雪状態を再現させればよい。
図4に示すように、オリフィス絞り開口204の開口形状は、円形であり、雪供給管40内を吹き出しノズル36に向かって圧送されてきた雪が、外部に吹き出される直前にオリフィス絞り開口204を通過することにより絞られて、外部に吹き出す際に開放されて、拡散分布するようにしている。円形開口の大きさは、このような観点から定めればよい。
より詳細には、図2および図7に示すように、翼型ホースガイド234は、矩形状で、横断面が翼型であり、翼の長手方向を風洞16内の気流に沿う向きとして直立に配置される。
翼の形状は、従来既知の航空機の翼に用いられるものと同様であり、風洞16内の気流に対する空力抵抗を極力小さくする観点から定められる。
より具体的には、図7に示すように、それぞれの吹き出しノズル36の吹き出し口102を一方の鉛直縁236、238から下流側に若干突出させる一方、中空部242内に配置される、吹き出し口102と反対側の吹き出しノズル36の端部には、雪供給管40が接続され、雪供給管40は、中空部242内で適宜配線されて、翼型ホースガイド234の上部開口244から外部に引き出されるようにしている。
なお、吹き出しノズル36の各吹き出し口102は、拡散板による拡散に必要な距離を考慮して、整流胴312と縮流胴314との境界部から上流側に少なくとも1メートル以上の位置に設置する必要がある。
吹雪濃度を高さ方向に調整する場合には、高さ方向に設ける吹き出しノズル36の切り替えにより濃度変更をしてもよい。
たとえば、予め下部に設ける吹き出しノズル36の数を上部および中部より多くしておき、下部の濃度を高くする場合には、下部の全吹き出しノズル36を用いて噴雪し、一方高さ方向に濃度を均一とする場合には、下部の全吹き出しノズル36中なら使用するノズルを選択すればよい。
なお、翼型ホースガイド234は、2枚の矩形板を組み合わせることなく、一体物として形成してもよく、その材質は、吹き出しノズル36を取付支持可能であり、風洞16内の風速および低温に耐えることが可能である限り、金属製、樹脂製等でよい。
まず、各系統において、製氷機22によって製氷された氷片が砕氷機26によって砕氷され、所定粒径の氷粒となり、雪供給管40により気流により圧送され、分配装置34により、複数の分岐管に分岐され、各分岐管において、湿雪装置32によって所定の水分含有率を有する湿雪とされ、吹き出しノズル36まで達する。
この場合、吹き出しノズル36は、系統ごとに、車両の高さ方向に間隔を隔てて配置され、同じ系統の複数の吹き出しノズル36は、車両Vの幅方向に間隔を隔てて配置されている。
それぞれの吹き出しノズル36において、雪供給管40内を吹き出しノズル36に向かって気流により圧送される氷粒の雪は、吹き出し口102に設けたオリフィス絞り開口204によりいったん絞られたうえで、外部に開放されることで、吹き出す際に広がることが可能であり、この絞り具合を気流速度との関係で調整することにより吹雪の所望の広がりを達成することが可能である。
所望の広がりを有する吹雪は、風洞16の吹き出し口316より流出して、車両Vに吹き付けられる。
本実施形態の特徴部分は、風洞16の縮流部314と整流部312との境界位置Tより上流側に、平行流に沿って雪を吹き出す向きに吹き出しノズル36を設ける点は共通であるが、第1実施形態におけるオリフィス絞り開口204の代替として、吹き出しノズルの外に拡散プレート74を設ける点にある。
この点で、第1実施形態と同様に、風洞16は、いわゆる空力風洞16でなく、簡易的な風洞16とすることから、吹き出しノズル36と車両Vの前部との距離は、約1メートルないし3メートルであるところ、この短い距離の間で、吹き出しノズル36より吹き出す吹雪が、車両Vの前部において高さ全体に亘って拡散するようにしている。
なお、拡散プレート74は、風速80km/h以上、もしくは吹き出しノズル36と車両Vの前部との距離は、約1メートルないし3メートルの場合に設ければよい。
吹き出し口102は、第1実施形態と同様に、車両Vの高さ全体に亘ってカバーするように高さ方向に間隔を隔てて、複数設けられ、各々の吹き出し口102から吹き出される雪の量を互いに独立に調整可能とし、車両Vの高さに応じて、吹雪の濃度分布を調整可能とした。
図8および図9に示すように、拡散面104の形状は、円板状であり、その軸線は、気流の進行方向に沿って配置され、その中心が吹き出し口102の中心Pと重なるように配置される。吹き出しノズル36は、ほぼ水平に延び、吹き出し口102から吹き出される気流の流れはほぼ平行流となることから、拡散面104の外径Dは、吹き出し口102の径より若干大きいのが好ましく、それにより、吹き出し口102から吹き出される吹雪は、拡散面104に当ることが可能である。
図9に示すように、吹き出し口102から吹き出された雪は気流に乗って、気流の進行方向に沿って吹雪として流れ、吹雪は、吹き出し口102の外であって、気流の進行方向前方の所定位置に吹き出し口102に対向するように配置された拡散面104に当るところ、拡散面104は、雪に対して難付着性を有するように、難付着性の材質および頂部が吹き出し口102に近づく向きに形成された円錐形状であることから、吹雪は、拡散面104に付着することなく、拡散面104に沿って案内され、四方外方に向かって拡散するとともに、拡散面104への付着に伴う経時的な拡散特性の変動を抑制可能である。
これにより、吹雪の広がりが狭まるように拡散特性が変動することなく、あるいは吹き出すノズルからの雪の吹き出しに支障を生じたりすることなく、特に湿雪を利用する場合に、吹雪を利用した環境試験を円滑に遂行することが可能である。
特に、気流の速度が、毎時60キロメートル以下の場合は、オリフィス絞り開口204を選択し、毎時80キロメートルないし108キロメートルの場合は、拡散プレート74を選択するのがよい。
加えて、高さ方向に互いに所定間隔を隔てて、複数の雪供給管が設けられる場合、図10に示すように、複数の雪供給管のうち、最も低レベルの雪供給管の吹き出しノズルには、拡散プレート74を設け、拡散プレート74は、吹雪が拡散プレート74に当って偏向され、斜め上方に拡散するように、気流の進行方向に沿って斜め上向きに設置するのがよい。傾斜角度γは、このような観点から定めればよい。
たとえば、本実施形態において、雪は、製氷された氷片を砕氷して氷粒とする人工雪であるものとして、説明したが、それに限定されることなく、雪は、所定湿度および所定温度の冷風を利用して生成される人工結晶雪であってもよいし、自然雪であってもよい。
γ 傾斜角度
d 吹き出し口と拡散面との距離
D 拡散プレートの外径
V 車両
D2 吹き出しノズル36と車両Vの前部との距離
D3 最狭部の径
10 雪環境試験システム
12 吹雪供給システム
14 気流供給システム
16 風洞
17 開口
18 低温室
20 製氷室
22 製氷機
24 氷温安定化コンベア
25 送風機
26 砕氷機
28 ブロアー
30 冷却器
32 湿雪装置
34 分配装置
36 吹き出しノズル
38 吹雪捕集装置
40 雪供給管
42 吸引口
44 空気ダクト
74 拡散プレート
100 吹雪の発生装置
102 吹き出し口
104 拡散面
106 外表面
108 L字部材
122 切欠き
124 スリット
202 絞り部
204 オリフィス絞り開口
206 内周面
208 環状部
210 内縁部
212 最狭部
214 平面部
236 翼型ホースガイド
236、238 鉛直縁
240 細長切欠き
242 上部開口
243 矩形板
300 測定室
302 第1屈曲胴
304 第2屈曲胴
306 第3屈曲胴
308 第4屈曲胴
310 第2拡散胴
312 整流胴
314 縮流胴
316 吹き出し口
Claims (17)
- 雪を気流に乗せることにより吹雪を模擬する吹雪の発生方法であって、
雪を気流により圧送し、先端部に吹き出しノズルを有する雪供給管を有し、
該吹き出しノズルは、目的物に向かって平行流の気流を流す風洞内で、風洞の縮流部と整流部との境界位置より上流側に、平行流に沿って雪を吹き出す向きに配置され、
前記吹き出しノズルの吹き出し口に、オリフィス絞り開口を設け、
該オリフィス絞り開口の絞り具合、および雪の吹き出し方向における前記吹き出し口に対する該オリフィス絞り開口の位置は、吹雪の所望の広がりを達成しつつ、雪の付着により詰まりが起きないように、圧送気流の速度との関係で調整する、
ことを特徴とする吹雪の発生方法。 - 前記オリフィス絞り開口は、前記吹き出し口において、前記吹き出しノズルの内周面に亘
って設けた環状部により形成される、請求項1に記載の吹雪の発生方法。 - 前記環状部は、前記オリフィス絞り開口を形成する内周面が前記吹き出しノズルの内周面
に向かって上流方向に延びる曲周面をなす、請求項2に記載の吹雪の発生方法。 - 前記曲周面は、前記雪供給管の長手方向に沿う断面の内縁部が、四分の一円弧状をなす、
請求項3に記載の吹雪の発生方法。 - 前記曲周面は、前記吹き出しノズルの吹き出し口の近傍において、前記オリフィス絞り開
口から上流方向の所定位置において、最狭部を形成するように設けられる、請求項3に記
載の吹雪の発生方法。 - 前記環状部は、リング状板であり、前記吹き出しノズルの内側に臨む平面部は、上流から
圧送される雪の付着面を形成し、それにより付着する雪の外形が、圧送気流の流束の最外
形に沿う形状となる、請求項2に記載の吹雪の発生方法。 - 吹雪は、風洞内に配置された静止車両に向かって吹き出され、静止車両に対して雪環境試
験を行うのに用いられ、
前記吹き出し口と車両との間隔が、3メートル以上であり、
前記吹き出しノズルは、風洞の絞り部の範囲内で車両の高さ全体に亘ってカバーするよう
に高さ方向に間隔を隔てて、複数設けられ、
各々の吹き出し口から吹き出される雪の量を互いに独立に調整可能とし、
車両の高さに応じて、吹雪の濃度分布を調整可能とした、請求項2ないし請求項6のいず
れか1項に記載の吹雪の発生方法。 - 雪は、製氷された氷片を砕氷して氷粒とする人工雪である、請求項7に記載の吹雪の発生
方法。 - 雪は、所定湿度および所定温度の冷風を利用して生成される人工結晶雪である、請求項7
に記載の吹雪の発生方法。 - 雪は、自然雪を利用する、請求項7に記載の吹雪の発生方法。
- 前記オリフィス絞り開口の位置は、前記吹き出しノズルの吹き出し口近傍におい
て、前記雪供給管の長手方向に調整可能である、請求項1に記載の吹雪の発生方法。 - 雪を気流に乗せることにより吹雪を模擬する吹雪の発生装置であって、
雪を気流により圧送し、先端部に吹き出しノズルを有する雪供給管を有し、
該吹き出しノズルは、目的物に向かって平行流の気流を流す風洞内で、風洞の絞り部より
上流側に、平行流に沿って雪を吹き出す向きに配置され、
該吹き出しノズルの外であって、気流の進行方向前方の所定位置に該吹き出しノズルに対
向する拡散板が配置され、
それにより、前記吹き出しノズルから吹き出され、気流に乗って気流進行方向に沿って発
生する吹雪が、拡散板に当って偏向され、拡散板の四方外方に向かって拡散し、
前記吹き出しノズルは、前記風洞内に配置された翼型ガイドにより支持され、
該翼型ガイドは、中空部を有し、横断面形状が翼型であり、翼の長手方向が前記
風洞内に発生する気流に沿う向きに配置され、前記風洞の外で開口し、
前記中空部内に、前記雪供給管が収容され、前記風洞の外で前記中空部から引き
出される、ことを特徴とする吹雪の発生装置。 - 前記拡散板は、平面状の点対称形状であり、気流の進行方向にほぼ直交する向き
に配置され、その対称中心が前記吹き出し口の中心と重なるように配置される、請求項1
2に記載の吹雪の発生装置。 - 吹雪は、風洞内に配置された静止車両に向かって吹き出され、静止車両に対して雪環境
試験を行うのに用いられ、
車両に向かう気流の速度を調整することにより、静止車両を用いて走行車両を模擬する
際、気流の速度に応じて、前記オリフィス絞り開口あるいは前記拡散板を選択する、請求項12に記載の吹雪の発生装置を利用した雪環境試験方法。 - 前記気流の速度が、毎時60キロメートル以下の場合は、前記オリフィス絞り開
口を選択し、毎時80キロメートルないし120キロメートルの場合は、前記拡散板を選
択する、請求項14に記載の吹雪の発生装置を利用した雪環境試験方法。 - 高さ方向に互いに所定間隔を隔てて、複数の前記雪供給管が設けられ、
前記複数の雪供給管のうち、最も低レベルの雪供給管の前記吹き出しノズルには
、前記拡散板を設け、
前記拡散板は、吹雪が拡散板に当って偏向され、斜め上方に拡散するように、気流の進行
方向に沿って斜め上向きに設置する、請求項12または請求項13に記載の吹雪発生装置
。 - 前記吹き出しノズルは、前記風洞内に配置された翼型ガイドにより支持され、
該翼型ガイドは、中空部を有し、横断面形状が翼型であり、翼の長手方向が前記
風洞内に発生する気流に沿う向きに配置され、前記風洞の外で開口し、
前記中空部内に、前記雪供給管が収容され、前記風洞の外で前記中空部から引き
出される、請求項1に記載の吹雪の発生方法。
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