JP6413195B2

JP6413195B2 - 風洞装置

Info

Publication number: JP6413195B2
Application number: JP2014191025A
Authority: JP
Inventors: 小松　由尚; 由尚小松; 潤高峰; 真志伊与田; 日▲高▼　文泰; 文泰日▲高▼
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Machinery Systems Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Machinery Systems Co Ltd
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2034-09-19
Also published as: JP2016061715A

Description

本発明は、対象物に対する風洞試験を行うための風洞装置に関する。

従来、人工的に流れを発生させ風速分布などを計測する風洞試験を行うために風洞装置が使用されている。風洞装置は、装置の一端側に送風機が設けられており、この送風機を駆動して所望の風速を作り、風洞内に送風するようにしている。例えば自動車用の風洞装置においては、車両の実走行状態を模擬するために、整流された一様噴流を吹き出せるように、各種管路要素が構成されている。

ここで、風洞装置においては、壁面（床面など）において境界層が発達するため、車両下部の流れは実走行に比べると低流速の流れとなってしまう。
境界層を制御するために、風洞の壁面に空気吹き出し用のノズルと、空気吸い込み用のノズルを設置した風洞装置が知られている。この風洞装置では、空気吹き出し用のノズルから噴き出された空気及び空気吸い込み用のノズルによって吸引された空気によって境界層の風速分布を変えて、境界層の制御を行っている（例えば、特許文献１参照）。

特開平４−７６４３３号公報

ところで、上記従来の風洞装置においては、壁面に対して略垂直方向に空気を吹き出したり、吸引したりする構成であるため、境界層の制御、特に、壁面近傍の境界層を低減して流速分布を一様にする制御が難しいという課題があった。

この発明は、対象物に対する風洞試験を行うための風洞装置において、風路内の面近傍の境界層を低減することができる風洞装置を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様によれば、風洞装置は、対象物の風洞試験を行う風洞装置であって、気流の流れ方向と平行に設けられた風路内の面に、前記気流の流れ方向に対して傾斜した下流方向へ前記気流と同程度の風速を有する空気を噴射する噴射口と、前記噴射口に設けられ、前記面との境界層を制御する制御部と、を備え、前記噴射口は、前記面に開口した開口部と、前記気流の流れ方向に対して、前記気流の下流側に向かうに従って前記面に近づくように傾斜するダクト部と、を有し、前記制御部として、前記ダクト部の下流側に風路内面より引っ込んだ段差部を設けたことを特徴とする。

このような構成によれば、風路内の面近傍に主流である気流と同程度の風速を有する空気が噴射されることによって、面近傍の境界層に気流と同程度のエネルギーが供給され、面近傍の境界層を低減することができる。

また、ダクト部の下流側の段差部において、空気を一様に剥離させ、段差部内に剥離泡が形成される。この剥離泡領域においては気流の境界層が発達しないため、面近傍の境界層を低減することができる。

上記風洞装置において、前記制御部として、前記ダクト部に前記空気の下流側に向かって漸次断面積が小さくなる絞り部を設けてもよい。

このような構成によれば、絞り部による空気の流れの縮流により、噴射口で生じる境界層が抑制される。これにより、噴射口から噴射される空気のエネルギーが有効に利用できるため、面近傍の境界層の低減効果を向上させることができる。

本発明によれば、風路内の面近傍に主流である気流と同程度の風速を有する空気が噴射されることによって、面近傍の境界層に気流と同程度のエネルギーが供給され、面近傍の境界層を低減することができる。

本発明の第一実施形態の風洞装置を示し、風洞装置の全体構成を概略的に示す平面図である。図１のＡ−Ａ断面図であって、本発明の第一実施形態の風洞装置の地面板の断面図である。地面板の噴射口の形状を説明する図であって（ａ）図２のＢ部拡大図（ｂ）図３（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。本発明の第一実施形態の風洞装置の流速分布を説明する概略図である。本発明の第二実施形態の風洞装置の流速分布を説明する概略図である。本発明の第三実施形態の風洞装置の流速分布を説明する概略図である。その他の実施形態の風洞装置の流速分布を説明する概略図である。

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態の風洞装置１について、図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施形態の風洞装置１を示し、風洞装置１の全体構成を概略的に示す平面図、図２は本発明の実施形態の風洞装置１の地面板１０の構成を説明する断面図である。
図１に示すように、風洞装置１は、対象物である車両Ｓの風洞試験を行う風洞装置１であって、風洞本体２と、風洞本体２の内部に配置された送風機３と、測定部４と、を備えている。

風洞本体２は、その内部の気流の流れ方向Ｋと平行に設けられた風路５が循環（エンドレス）構造となるように外観が略長方形とされている。また、風路５の四箇所の角部には、風路５を循環する気流が滞留することなく風路５に沿って流れるように複数の変流翼６が設けられている。また、風路５の測定部４よりも気流の流れ方向Ｋ上流側には、気流の流れを整える整流部７が設けられている。

送風機３は、風路５に気流を流す機能を有している。また、送風機３は、その回転速度を自在に調節でき、それにより風路５を流れる気流の速度（風圧）を任意に変えることができるようになっている。

測定部４は、送風機３を基準とする風路５長の中央付近からやや下流寄りに配置されており、風洞本体２によって地面板１０を除く三方が覆われている。地面板１０には、気流の流れ方向Ｋ、及び気流の流れ方向Ｋに直交する方向に配列されている噴射口１１が形成されている。

図２に示すように、測定部４は、対象物としての車両Ｓ（車体）を支持する地面板１０、一対の側板（図示せず）、及び天板（図示せず）で四周が包囲され、気流が流れる風路５を形成している。地面板１０の下方には、一列もしくは複数列配設されたダクト等からなる吹出し装置９が配置されている。

図３（ａ）に示すように、吹出し装置９の噴射口１１は、気流の流れ方向Ｋに対して傾斜した下流方向に空気を吹き出すように形成されている。噴射口１１は、図３（ｂ）に示すように、断面形状が水平方向に長い矩形に形成されたダクト部１７と、地面板１０の上面１０ａに開口した開口部１８とを有している。
ダクト部１７は、ダクト部１７の長手方向が気流の流れ方向Ｋに対して、気流の流れ方向Ｋの下流側に向かうに従って地面板１０の上面１０ａに近づくように傾斜している。噴射口１１のダクト部１７の傾斜角度αは、気流の流れ方向Ｋに対して可能な限り小さいことが望ましい。

次に、本実施形態の風洞装置１による効果を説明する。
図４は、本実施形態の風洞装置１における流速分布の変化を説明する概略図である。
図４に示すように、噴射口１１に対して気流の流れ方向Ｋ上流側における流速分布Ｆ１ａを見ると、地面板１０の上面１０ａとの境界層が発達しており、点線で示す境界層厚さＢＬは気流の流れ方向Ｋ下流側に向かうに従って徐々に大きくなっている。

一方、噴射口１１を介して地面板１０の上面１０ａ近傍に気流と同程度の風速を有する空気Ｇが吹き込まれることによって、地面板１０の上面１０ａ近傍の境界層に気流と同程度のエネルギーが供給される。これにより、地面板１０の上面１０ａ近傍の境界層を低減することができる。
即ち、噴射口１１の下流側の流速分布Ｆ１ｃにて確認できるように、噴射口１１の上流側の流速分布Ｆ１ａ及び噴射口１１直前の流速分布Ｆ１ｂよりも流速分布を一様流に近づけることができる。
これにより、風洞装置１において、例えば車両空力性能試験の精度向上を図ることができる。

なお、ダクト部１７の断面形状（図３（ｂ）参照）を変更することによって、地面板１０の上面１０ａとの境界層の制御することが可能である。具体的には、気流の速度に応じて噴射口１１から噴射される空気Ｇの速度を調整するとともに、ダクト部１７の断面積を変更することによって、例えば、流速分布がより一様に近づくように調整することができる。

境界層の制御は、上記した方法に限らず、例えば、ダクト部１７の傾斜角度αを変更したり、ダクト部１７の断面形状を変更したりすることでも実施可能である。また、上記実施形態では、噴射口１１からは噴射される空気Ｇは、気流の主流と同程度の風速を有するように調整されるとしたが、空気Ｇの風速を変化させることによって境界層の制御を実施してもよい。

また、上記実施形態では、車両Ｓの風洞試験を行う風洞装置１について説明したが、本実施形態の風洞装置１は車両Ｓに限らず、例えば、地表にごく近い空中を飛行する航空機を模擬する対象物の風洞試験を行う風洞装置１にも適用可能である。

（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態の風洞装置を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図５に示すように、本実施形態の風洞装置の噴射口１１Ｂには、地面板１０の上面１０ａとの境界層を制御する制御部として機能する絞り部２０が設けられている。絞り部２０は、噴射口１１Ｂのダクト部１７に設けられており、ダクト部１７を流れる空気Ｇの下流方向に向かって漸次断面積が小さくなるように形成されている。

具体的には、本実施形態のダクト部１７は、ダクト部１７の上流側を構成する第一ダクト部２１と、ダクト部１７の下流側を構成し開口部１８を有する第二ダクト部２２と、第一ダクト部２１と第二ダクト部２２を接続する絞り部２０と、を有している。第一ダクト部２１、第二ダクト部２２、及び絞り部２０の断面形状（空気Ｇの流れ方向から見た断面形状）は、第一実施形態のダクト部１７と同様に、水平方向に長い矩形形状をなしている。
第二ダクト部２２の断面積は、第一実施形態のダクト部１７の断面積と略同等であり、第一ダクト部２１は、第二ダクト部２２よりも大きな断面積を有している。

ここで、ダクト部１７を流通する空気Ｇにおいても、ダクト部１７の内周面との境界層が発達している。即ち、図５に示す第一ダクト部２１を流通する空気Ｇの流速分布ＦＤに示されているように、ダクト部１７を流通する空気Ｇにおいて第一ダクト部２１の内面との境界層が発達している。

上記実施形態によれば、第一実施形態の風洞装置１と同様に、噴射口１１の下流側の流速分布Ｆ２ｃに示されるように、噴射口１１の上流側の流速分布Ｆ２ａ及び噴射口１１直前の流速分布Ｆ２ｂよりも流速分布を一様流に近づけることができる。
また、ダクト部１７の第一ダクト部２１を流通する空気Ｇにおける第一ダクト部２１の内面との境界層は、絞り部２０を通過することによって低減される。即ち、絞り部２０による空気Ｇの流れの縮流により、噴射口１１で生じる境界層が抑制される。これにより、噴射口１１から噴き出す空気Ｇのエネルギーが有効に利用できるため、地面板１０の上面１０ａ近傍の境界層の低減効果を向上させることができる。

なお、気流及びダクト部１７を流れる空気Ｇの流速、第二ダクト部２２の断面積などに応じて、第一ダクト部２１の断面積や、絞り部２０の長さを変更することにより、ダクト部１７の内面との境界層の低減効果を調整することが可能である。

（第三実施形態）
以下、本発明の第三実施形態の風洞装置を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図６に示すように、本実施形態の噴射口１１Ｃのダクト部１７の気流の流れ方向Ｋ下流側には、地面板１０の上面１０ａより引っ込んだ段差部２３が設けられている。具体的には、段差部２３は、噴射口１１Ｃの開口部１８における気流の流れ方向Ｋ下流側の縁部に形成されており、地面板１０の上面１０ａと平行をなし、地面板１０の上面１０ａに対して凹状となるように形成された気流平行面２４と、気流の流れ方向Ｋ下流側の縁部よりもやや下流側に気流平行面２４と直交するように形成された垂直面２５と、を有している。段差部２３は、ダクト部１７を流れる空気Ｇが気流平行面２４に沿って段差部２３に導入され垂直面２５に当接することによって、開口部１８の下流側の縁部に剥離泡Ｅ（剥離渦）が生じるように形成されている。

上記実施形態によれば、第一実施形態の風洞装置１と同様に、噴射口１１Ｃの下流側の流速分布Ｆ３ｃに示されるように、噴射口１１Ｃの上流側の流速分布Ｆ３ａ及び噴射口１１Ｃ直前の流速分布Ｆ３ｂよりも流速分布を一様流に近づけることができる。
また、ダクト部１７の下流側の段差部２３において、空気Ｇを一様に剥離させ、段差部内に剥離泡Ｅが形成される。この剥離泡領域においては気流の境界層が発達しないため、地面板１０の上面１０ａ近傍の境界層を低減することができる。

なお、気流及びダクト部１７から吹き出した空気Ｇの流速、ダクト部１７の断面積などに応じて、段差部２３の形状や大きさを変更することができる。これにより、剥離泡Ｅの大きさや、剥離泡Ｅの生じ易さを調整して、地面板１０の上面１０ａとの境界層の低減効果を調整することが可能である。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。
例えば、図７に示すように、第二実施形態と同様の絞り部２０と、第三実施形態と同様の段差部２３とが形成されている噴射口１１Ｄの採用も可能である。
この形態によれば、第一実施形態の風洞装置１と同様に、噴射口１１Ｄの下流側の流速分布Ｆ４ｃに示されるように、噴射口１１Ｄの上流側の流速分布Ｆ４ａ及び噴射口１１Ｄ直前の流速分布Ｆ４ｂよりも流速分布を一様流に近づけることができる。
また、地面板１０の上流側の風路５下面に、気流を吸引する装置を設けて、気流を改善するなど、上記した噴射口１１の他に気流を改善する装置を設けることも可能である。

１風洞装置
２風洞本体
３送風機
４測定部
５風路
６変流翼
７整流部
９吹出し装置
１０地面板
１０ａ上面（面）
１１，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ噴射口
１７ダクト部
１８開口部
２０絞り部
２１第一ダクト部
２２第二ダクト部
２３段差部
２４気流平行面
２５垂直面
Ｅ剥離泡
Ｇ空気
Ｋ気流の流れ方向

Claims

対象物の風洞試験を行う風洞装置であって、
気流の流れ方向と平行に設けられた風路内の面に、前記気流の流れ方向に対して傾斜した下流方向へ前記気流と同程度の風速を有する空気を噴射する噴射口と、
前記噴射口に設けられ、前記面との境界層を制御する制御部と、を備え、
前記噴射口は、
前記面に開口した開口部と、
前記気流の流れ方向に対して、前記気流の下流側に向かうに従って前記面に近づくように傾斜するダクト部と、を有し、
前記制御部として、前記ダクト部の下流側に風路内面より引っ込んだ段差部を設けた風洞装置。
前記制御部として、前記ダクト部に前記空気の下流側に向かって漸次断面積が小さくなる絞り部を設けた請求項１記載の風洞装置。