JP7048042B2 - 圧力測定用シート、圧力測定用シートの製造方法及び圧力測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば航空機のフラップの表面の圧力分布を測定するために用いられる圧力測定用シート、そのような圧力測定用シートの製造方法及びそのような圧力測定用シートを用いた圧力測定方法に関する。

航空機のフラップの表面の圧力分布を測定する際に、フラップの表面に圧力検出孔を設ける方法がある。しかし、このような方法は、フラップを加工する必要があり、望ましくない。

圧力検出用の孔を設けたチューブを束にしたものを流れの方向に沿ってフラップの表面に貼り付ける方法もあるが、圧力検出用の孔を所望の位置に正確に配置されるようにこれらのチューブをフラップの表面に貼り付けることに手間を要し作業性が悪く、加えてチューブの存在がフラップの表面の流れを乱す要素となり、正確にフラップの表面の圧力分布を測定することができない。

これに対して、平行に延びる複数の圧力通路のそれぞれの圧力検出孔を開設した柔軟なシート状の部材を航空機のフラップの表面に配置する技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００６－１８４２１５号公報

上記のシート状の部材は、押し出し成形に成形される。従って、圧力通路の方向は押し出し方向に制限され、圧力検出孔を所望の位置に配置できないことがある。例えば、上記のシート状の部材では、測定対象の表面を流れる流体の流れの方向に沿って圧力測定面に当該圧力測定用シートの上面からみて一直線上に複数の圧力検出孔を配置することができない。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、測定対象の表面を加工することなく、測定対象の表面における所望の位置の圧力分布を簡単にかつ正確に検出することができる圧力測定用シート、そのような圧力測定用シートの製造方法及びそのような圧力測定用シートを用いた圧力測定方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る圧力測定用シートは、測定対象の表面に沿って配置されるシート状の圧力測定用シートであって、圧力測定面に設けられた複数の圧力測定用ポートと、圧力測定器側に接続される少なくとも１つの接続用ポートと、前記複数の圧力測定用ポートと前記接続用ポートとを貫通し、互いに非平行に配列された領域を有する複数の貫通孔を有する連結部とを具備する。

本発明では、測定対象の表面に沿って配置されるシート状の圧力測定用シートにおいて、複数の貫通孔を互いに非平行に配列したことで、圧力測定用ポートを所望の位置に自由に配置できる。従って、測定対象の表面を加工することなく、測定対象の表面における所望の位置の圧力分布を簡単にかつ正確に検出することができる。

本発明では、当該圧力測定用シートは、前記複数の貫通孔が当該圧力測定用シートの長手方向に沿って設けられ、長手方向に積層された積層構造体からなることが好ましい。測定対象の表面の圧力を正確に測定するためには、シートを可能な限り薄くしたい。そのため貫通孔が細くなるが、長手方向に積層された積層構造体からなるので、詰まりなどが生じないように精度よく貫通孔を設けることができる。

本発明では、デバイスが収容されるデバイス収容部を更に具備し、前記連結部は、前記デバイス収容部に収容されるデバイスに接続される配線を引き回すための連結溝を前記測定対象の表面と対向する面に有してもよい。これにより、デバイスの収容やデバイスに対する配線を容易にできる。そして、デバイスとして、非定常圧力センサや温度測定素子などを収容することで、測定対象の表面の様々な物理量を測定することができる。

本発明では、前記複数の圧力測定用ポートは、前記測定対象の表面を流れる流体の流れの方向に沿って当該圧力測定用シートの上面からみて一直線上に配列されていることが典型的な形態である。これにより、測定対象の表面を流れる流体の流れの方向に沿って圧力分布を正確に測定することができる。

本発明では、前記測定対象は、航空機のフラップであり、当該圧力測定用シートは、前記航空機のフラップの表側、縁部及び裏側を沿うように配置されるものであり、前記接続用ポートは、前記航空機のフラップの裏側に位置するものが好ましい形態である。これにより、航空機のフラップの表面の圧力分布をより正確に測定することができる。また、縁部に圧力測定用ポートを設けることで、縁部表面の圧力分布を測定することができる。

本発明の一形態に係る圧力測定用シートの製造方法は、測定対象の表面に沿って配置され、圧力測定面に設けられた複数の圧力測定用ポートと、圧力測定器側に接続される少なくとも１つの接続用ポートと、前記複数の圧力測定用ポートと前記接続用ポートとを貫通する貫通孔をシートの長手方向に有する連結部とを有する圧力測定用シートを製造する方法であって、積層造形法により、前記圧力測定用シートの長手方向に薄い積層体を積層して、前記圧力測定用ポート、前記接続用ポート及び前記連結部を含めて一体的に造形する。この製造方法により、貫通孔に詰まりなどが生じないように、精度よく貫通孔を設けることができる。

本発明の一形態に係る圧力測定方法は、測定対象の表面を流れる流体の流れの方向に沿って圧力測定面に圧力測定用シートの上面からみて一直線上に複数の圧力測定用ポートが少なくとも設けられた圧力測定用シートを前記測定対象の表面に配置し、前記圧力測定用シートに設けられたそれぞれの貫通孔を介して各前記圧力測定用ポートと貫通されたそれぞれの接続用ポートを圧力測定器側に接続し、前記圧力測定器により各前記圧力測定用ポートにおける圧力を測定する。これにより、測定対象の表面を流れる流体の流れの方向に沿って圧力分布を正確に測定することができる。

本発明によれば、測定対象の表面を加工することなく、測定対象の表面における所望の位置の圧力分布を簡単にかつ正確に検出することができる。

本発明の一実施形態に係る航空機のフラップに圧力測定用シートを配置した状態を示す斜視図である。 図１に示したフラップの中央部に配置された圧力測定用シートの斜視図である。 図２のＡ－Ａ断面図である。 図２の符号Ｂで示す領域の拡大平面図である。 図２の符号Ｃで示す領域の拡大平面図である。 図１に示したフラップの外舷に配置された圧力測定用シートの斜視図である。 図６のＤ－Ｄ断面図である。 図６のＥ－Ｅ断面図ある。 本発明の一実施形態に係る圧力測定用シートを製造する光造形機の概略図である。 本発明の変形例を説明するための平面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
本発明に係る圧力測定用シートを用いて航空機のフラップの圧力分布を測定する例を示して一実施形態を説明する。

〈圧力測定用シートの構成〉
図１は航空機のフラップに圧力測定用シートを配置した状態を示す斜視図である。
圧力測定用シート１、４、５は、航空機のフラップ２の表裏にベルト状に配置される。圧力測定用シート１はフラップ２の中央部に配置され、圧力測定用シート４はフラップ２の外舷に配置され、圧力測定用シート５はフラップ２の内舷に配置される。

圧力測定用シート１、４、５の厚さは、例えば２ｍｍ～３ｍｍ程度であり、フラップ２のコード長の０．１％以下であることが好ましい。これにより、気流の乱れを抑制できる。圧力測定用シート１、４、５は、典型的にはエポキシ系やウレタン系の光硬化性樹脂材料からなり、光造形法などの積層造形法により造形される。圧力測定用シート１、４、５は、例えばフラップ２の表面に接着剤により接着して固定される。圧力測定用シート１、４、５は、エポキシ系やウレタン系の光硬化性樹脂材料の他に、金属材料などを用いることができる。

図２はフラップ２の中央部に配置された圧力測定用シート１の斜視図である。
圧力測定用シート１は、フラップ２の前縁を跨ぐようにフラップ２の表裏の前半分の領域に配置された第１の圧力測定用シート１０と、フラップの２の後縁を跨ぐようにフラップ２の表裏の後ろ半分の領域に配置された第２の圧力測定用シート２０とを有する。このように圧力測定用シート１を分割することで、フラップ２の全周にわたる領域に当該圧力測定用シート１を簡単な作業で配置することができる。圧力測定用シート４、５についても同様に構成される。なお、圧力測定用シート１、４、５は、フラップ２の全周にわたる領域でなく、一部の任意の領域に配置してもよい。

第１の圧力測定用シート１０は、フラップ２の表側の表面に配置されるほぼ平面状の表側部１１と、フラップ２の前縁側の表面に配置される長手方向に湾曲する前縁側部１２と、フラップ２の裏側の表面に配置されるほぼ平面状の裏側部１３とを有する。これら表側部１１と前縁側部１２と裏側部１３とは、一体的に構成されている。第１の圧力測定用シート１０を一体的に構成することで、配管接続などの接続のための作業を削減でき、また強度を向上させることができる。

第１の圧力測定用シート１０は、圧力測定面１４に設けられた複数の圧力測定用ポート１５と、圧力測定器側に接続される複数の接続用ポート１６と、圧力測定用ポート１５と接続用ポート１６を連結する連結部１７とを有する。

複数の圧力測定用ポート１５は、典型的にはフラップ２の表面を流れる流体の流れの方向（典型的には図２の符号３の点線）に沿ってまっすぐ（圧力測定用シート１の上面から見て直線上）に配列されている。これにより、フラップ２の表面を流れる流体の流れの方向に沿って圧力分布を正確に測定することができる。

複数の接続用ポート１６は、裏側部１３の端部のインターフェース部１９に設けられている。複数の接続用ポート１６は、典型的にはフラップ２の裏側に設けられた取り込み口からそれぞれステンレスパイプ及びビニールチューブを介して圧力計測器に接続される（いずれも図示を省略）。圧力計測器は、フラップ２の内部に配置される。圧力計測器は、圧力変換器と圧力分布モニターにより構成される。圧力変換器は、圧力変化を電圧として計測し、計測データは圧力への変換係数を用いて圧力データとして保存される。

インターフェース部１９は、裏側部１３と連続して一体的に設けられ、フラップ２の裏側で内部に向けて段付き状に沈んでいる。このようにインターフェース部１９が沈んでいることで、インターフェース部１９に対する配管などの接続構造物による流体の流れの乱れを抑えることができる。

図３は図２のＡ－Ａ断面図である。
連結部１７は、各圧力測定用ポート１５と各接続用ポート１６とをシート内で貫通する複数の貫通孔１８を有する。
本実施形態に係る貫通孔１８の穴径は、１．２ｍｍとしている。貫通孔１８の穴径は、当該圧力測定シートの厚みをできる限り抑えるために、細くする必要がある一方で、長さがかなり長くなることもある貫通孔１８に詰まりが生じないように造形するためにはその穴径を細くするのにも限界があり、当該圧力測定シートの厚み２ｍｍに対して穴径として１．２ｍｍを採用した。また、本発明者らは、穴径１．２ｍｍ、両側の板厚０．４ｍｍの合計２．０ｍｍの厚さで試験に十分な強度が確保されていることも強度試験にて確認をしている。
圧力測定用ポート１５の穴径Ｒ_１５は、例えば貫通孔１８の穴径Ｒ_１８よりも小さい方が好ましい。本実施形態に係る圧力測定用ポート１５の穴径Ｒ_１５は、０．５ｍｍとしている。圧力測定用ポート１５の穴径Ｒ_１５が大きいと翼の表面形状を変えてしまうため、できる限り小さい方が好ましく、実際に造形が可能な穴径Ｒ_１５として０．５ｍｍを採用した。
図４は図２の符号Ｂで示す領域の拡大平面図、図５は図２の符号Ｃで示す領域の拡大平面図である。
複数の貫通孔１８は、図４に示すように互いに平行に配置された領域１８ａと、図５に示すように互いに非平行に配列された領域１８ｂとを有する。
互いに平行に配置された領域１８ａは、典型的には第１の圧力測定用シート１０の長手方向の一致する方向に沿っている。

互いに非平行に配列された領域１８ｂは、その領域付近に少なくとも１つの貫通孔１８が残りの貫通孔１８と非平行に配列される。非平行となった少なくとも１つの貫通孔１８は、典型的には第１の圧力測定用シート１０の長手方向とは所定の角度をもった方向に配列されている。

互いに非平行に配列された領域１８ｂを有することで、圧力測定用ポート１５を所望の位置に自由に配置できる。典型的には、複数の圧力測定用ポート１５を、フラップ２の表面を流れる流体の流れの方向（図２の符号３の点線）に沿ってまっすぐに配列することができる。これにより、フラップ２の表面を流れる流体の流れの方向に沿って圧力分布を正確に測定することができる。特許文献１に記載された技術では、このように複数の圧力測定用ポート１５を、フラップ２の表面を流れる流体の流れの方向に沿ってまっすぐに配列することができないので、ある程度ずらして配置するしかなく、それでは測定精度が不十分である。航空機のフラップなどにおいては騒音の低減のための設計が極めて重要になってきており、そのためにフラップの表面の圧力をこれまでになく正確に測定することが要求されるようになってきており、重要な課題となっていた。この実施形態では、複数の圧力測定用ポート１５を、フラップ２の表面を流れる流体の流れの方向に沿ってまっすぐに配列することができるので、フラップ２の表面を流れる流体の流れの方向に沿って圧力分布を正確に測定することができる。
第２の圧力測定用シート２０は、上記の第１の圧力測定用シート１０とほぼ同様の構成であり、同様の構成部分には同一の符号を付して説明を省略する。

第２の圧力測定用シート２０は、フラップ２の表側の表面に配置されるほぼ平面状の表側部２１と、フラップ２の後縁側の表面に配置される長手方向に湾曲する後縁側部２２とが一体的に構成され、フラップ２の裏側の表面に配置されるほぼ平面状の裏側部２３がこれらと分離している。後縁側部２２の貫通孔１８と裏側部２３の貫通孔１８とは、ステンレスパイプ（図示を省略）を介して連結されている。このように分離する構成を採用することで、１つの圧力測定器による測定範囲が長くなるような場合にも対応することが可能となる。

加えて、第１の圧力測定用シート１０の裏側部１３の端部のインターフェース部１９が長手方向を向いていたのに対して、第２の圧力測定用シート２０の裏側部２３の端部のインターフェース部２９は、長手方向と直交する方向を向いている。また、インターフェース部２９は、インターフェース部１９と比べてよりフラップ２の内部に配置されるようにフラップ２側により突き出ている。このように、この実施形態に係る圧力測定用シート１では、所望の位置、所望の方向にインターフェース部１９を設けることができる。

次に、図１に示したフラップ２の外舷に配置された圧力測定用シート４について説明する。図６は、圧力測定用シート４の斜視図である。
圧力測定用シート４は、フラップ２の前縁を跨ぐようにフラップ２の表裏の前半分の領域に配置された第１の圧力測定用シート５０と、フラップの２の後縁を跨ぐようにフラップ２の表裏の後ろ半分の領域に配置された第２の圧力測定用シート６０とを有する。
なお、圧力測定用シート４において、圧力測定用シート１と同様の構成部分に同一の符号を付して説明を省略する。

第１の圧力測定用シート５０及び第２の圧力測定用シート６０は、表側部１１、２１、前縁側部１２、２２及び裏側部１３、２３の他に、前縁側部１２と裏側部１３との間、或いは分割された裏側部２３、２３の間を接続するする接続部７１が一体的に設けられている。接続部７１は、典型的には、フラップ２の裏側の取り込み口の位置が表側部１１における圧力測定用ポート１５の位置から翼長方向に大きくずれていても、第１の圧力測定用シート５０や第２の圧力測定用シート６０を介して圧力測定用ポート１５と圧力計測器とを接続することが可能である。つまり、フラップ２の裏側の取り込み口の位置に左右されずに所望の位置に圧力測定用ポート１５を設けることが可能となる。
図７は図６のＤ－Ｄ断面図、図８は図６のＥ－Ｅ断面図ある。

第１の圧力測定用シート５０及び第２の圧力測定用シート６０では、連結部１７が、デバイス収容部７２に収容されるデバイス（図示を省略）に接続される配線（図示を省略）を引き回すための連結溝７３を測定対象としてのフラップ２の表面と対向する面に有する。例えばデバイスとして非定常圧力センサや温度測定素子などをデバイス収容部７２に収容することで、測定対象としてのフラップ２の表面の様々な物理量を測定することができる。また、連結溝７３は配線に対する保護管としても機能する。

〈圧力測定用シートを用いた測定方法〉
本実施形態では、図１に示したように、フラップ２の表面を流れる流体の流れの方向に沿って圧力測定面にまっすぐに複数の圧力測定用ポート１５が設けられた圧力測定用シート１、４、５をフラップ２の表面に配置する。

圧力測定用シート１、４、５に設けられたそれぞれの貫通孔１８を介して各圧力測定用ポート１５と貫通されたそれぞれの接続用ポート１６を、インターフェース部１９を介して圧力測定器側に接続する。
圧力測定器において、各圧力測定用ポート１５における圧力を測定する。
これにより、フラップ２の表面を流れる流体の流れの方向に沿って圧力分布を正確に測定することができる。

〈圧力測定用シートの製造方法〉
図９はこの実施形態に係る圧力測定用シートを製造する光造形機の概略図である。
光造形機１００は、光硬化性樹脂１０１を貯留する容器１０２と、容器１０２内を昇降可能に配置されたプラットフォーム１０３と、プラットフォーム１０３の下部に取り付けられたピストン１０４とを有する。ピストン１０４は、図示を省略した駆動機構により昇降動作するように構成されている。プラットフォーム１０３は、造形時に、駆動機構によって所定の距離、例えば０．１ｍｍ程度、順次下降するように構成される。

光造形機１００は、レーザ光源１０５と、レーザ光源１０５から出力されたレーザ光１０６を容器１０２内に貯留された光硬化性樹脂１０１の液面１０７を走査させるスキャナーシステム１０８とを有する。この光造形機１００では、レーザ光１０６が光硬化性樹脂１０１の液面１０７を走査することで、走査に応じた形状の層（薄い積層体）を形成し、その層を積層しすることで造形物が造形される。
この光造形機１００により第１の圧力測定用シート１０を一体的に造形する典型例を説明する。

第１の圧力測定用シート１０は、この光造形機１００において、符号１０９で示す第１の方向に積層して造形される。第１の方向１０９は、実質的には表側部１１及び裏側部１３の長手方向である。この長手方向が本発明に係る長手方向である。表側部１１及び裏側部１３の長手方向は、貫通孔１８の軸方向の長さが最も長い第１の方向１０９である。すなわち、本発明に係る製造方法では、光造形法により、第１の圧力測定用シート１０を貫通孔１８の軸方向の長さが最も長い第１の方向１０９に積層して造形する。これにより、貫通孔１８に詰まりなどが生じないように精度よく貫通孔１８を設けることができる。

〈その他〉
本実施形態に係る圧力測定用シート１、４、５は、光造形法により造形され、乃至、互いに非平行に配列された領域１８ｂを有することから、形状と圧力計測位置に関する制約がほとんどなく、圧力測定点が自由にレイアウトでき、測定対象としてのフラップ２の表面の流体現象がより詳細に把握することが可能となる。典型的には、気流の流れ方向に対して圧力測定点をまっすぐに配置できる。また、後縁側部２２にも圧力測定用ポート１５を設けることが可能であって後縁側にも圧力測定点を設けることができる。つまり、気流方向だけでなく、気流と垂直な方向にも圧力測定点を配置することができる。更に、図１０に示すように、測定対象としてのフラップ２の表面にリベットなどの突起部８１があるような場合にも、これを避けるように貫通孔１８を設けることができ、突起部８１の後流となる位置にも圧力測定点（圧力測定用ポート１５）を設けることができる。これにより、後縁側や突起部８１の後ろの圧力も計測することが可能となる。

また、本実施形態に係る圧力測定用シート１、４、５は、角にスロープや隅アールを持った形状の加工が可能であり、かつ、厚さが薄いことから、気流の流れを乱すことがない。このため、試験の安全性が向上し、また精度のよい計測ができる。

本発明は、上記の実施形態に限定されず、様々変形や応用が可能であり、その範囲も本発明の技術的範囲に属する。
例えば、上記の実施形態は、本発明に係る圧力測定用シートを航空機のフラップの圧力分布計測に用いた例を示したが、航空機の他の部位の圧力分布を測定するために用いることが可能であり、また航空機以外の宇宙機、鉄道、自動車などの運輸機械、空調機、ファン、風車などの流体機械などの広い分野にわたり、圧力分布計測を必要とする場面に用いることができる。

また、本発明に係る圧力測定用シートは、試験用に用いるだけでなく、通常の計測に用いることも可能である。例えば、本発明に係る圧力測定用シートを航空機のフラップに取り付けたままとして、通常の飛行時の計測に用いても構わない。

１、４、５：圧力測定用シート
２：フラップ
１４：圧力測定面
１５：圧力測定用ポート
１６：接続用ポート
１７：連結部
１８：貫通孔
１８ａ：平行な領域
１８ｂ：非平行な領域
７２：デバイス収容部
７３：連結溝

Claims (6)

1. 測定対象の表面に沿って配置されるシート状の圧力測定用シートであって、
   圧力測定面に設けられた複数の圧力測定用ポートと、
   圧力測定器側に接続される少なくとも１つの接続用ポートと、
   前記複数の圧力測定用ポートと前記接続用ポートとを貫通し、互いに非平行に配列された領域を有する複数の貫通孔を有する連結部と
   を具備し、
   前記複数の貫通孔は、当該圧力測定用シートの長手方向に沿って設けられ、
   当該圧力測定用シートは、長手方向に積層された積層構造体からなる
   圧力測定用シート。
2. 測定対象の表面に沿って配置されるシート状の圧力測定用シートであって、
   圧力測定面に設けられた複数の圧力測定用ポートと、
   圧力測定器側に接続される少なくとも１つの接続用ポートと、
   前記複数の圧力測定用ポートと前記接続用ポートとを貫通し、互いに非平行に配列された領域を有する複数の貫通孔を有する連結部と、
   デバイスが収容されるデバイス収容部と
   を具備し、
   前記連結部は、前記デバイス収容部に収容されるデバイスに接続される配線を引き回すための連結溝を前記測定対象の表面と対向する面に有する
   圧力測定用シート。
3. 請求項１又は２に記載の圧力測定用シートであって、
   前記複数の圧力測定用ポートは、前記測定対象の表面を流れる流体の流れの方向に沿って当該圧力測定用シートの上面からみて一直線上に配列されている
   圧力測定用シート。
4. 測定対象の表面に沿って配置されるシート状の圧力測定用シートであって、
   圧力測定面に設けられた複数の圧力測定用ポートと、
   圧力測定器側に接続される少なくとも１つの接続用ポートと、
   前記複数の圧力測定用ポートと前記接続用ポートとを貫通し、互いに非平行に配列された領域を有する複数の貫通孔を有する連結部と
   を具備し、
   前記測定対象は、航空機のフラップであり、
   当該圧力測定用シートは、前記航空機のフラップの表側、縁部及び裏側を沿うように配置されるものであり、
   前記接続用ポートは、前記航空機のフラップの裏側に位置するものである
   圧力測定用シート。
5. 測定対象の表面に沿って配置され、圧力測定面に設けられた複数の圧力測定用ポートと、圧力測定器側に接続される少なくとも１つの接続用ポートと、前記複数の圧力測定用ポートと前記接続用ポートとを貫通し、長手方向に沿って設けられた貫通孔を有する連結部とを有し、複数の前記貫通孔が互いに非平行に配列された領域を有する圧力測定用シートを製造する方法であって、
   積層造形法により、前記圧力測定用シートの長手方向に薄い積層体を積層して、前記圧力測定用ポート、前記接続用ポート及び前記連結部を含めて一体的に造形する
   圧力測定用シートの製造方法。
6. 測定対象である航空機のフラップの表面を流れる流体の流れの方向に沿って圧力測定面に圧力測定用シートの上面からみて一直線上に複数の圧力測定用ポートが少なくとも設けられた圧力測定用シートを前記測定対象である航空機のフラップの表面、縁部及び裏側を沿うように配置し、
   前記圧力測定用シートに設けられたそれぞれの貫通孔を介して各前記圧力測定用ポートと貫通され、前記航空機のフラップの裏側に位置するそれぞれの接続用ポートを圧力測定器側に接続し、
   前記圧力測定器により各前記圧力測定用ポートにおける圧力を測定する
   圧力測定方法。

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