JPH03137537A

JPH03137537A - 風胴試験における模型支持方法

Info

Publication number: JPH03137537A
Application number: JP27387089A
Authority: JP
Inventors: Chinkou Higashijima; 鎮▲かく▼ 東島
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1989-10-23
Publication date: 1991-06-12
Also published as: JPH0555811B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、風胴試験で模型の空力学特性、特に模型の
重心に及ぶ力とモーメントを高精度で計測するために使
用する風胴模型の支持方法に関する。

〔従来の技術〕

建築物、橋梁等の建築構造物、あるいは自動車、軌道車
両及び飛行機、宇宙飛行物体等の空力学特性は、予め小
型な模型を風胴内に設置し、種々の気流のもとで調べて
いる。このような計測は実物試験に伴う危険を回避でき
、安価で迅速に測定結果を得ることができるため、初期
開発で必ず採用されている。

近年急速な技術進歩にあいまって、上記構造物の空力学
試験の場合、対象物に加わる力及びモーメントの測定と
その周波数特性に対して高精度な測定が益々要求されて
いる。

風胴模型に加わる力及びモーメントは、模型を支柱ない
しは針金等で支え、それ等に働く力から測定されている
。上記の支持方法のうち上置方式の支持には、大別して
二種の方法が採用されている。即ち、第一の方法では風
胴模型を一本の支持アームの先端で支え、第二の方法で
は複数の支持アームの先端で支えている。これ等のアー
ムの下端にはそれぞれ一個の風胴天秤、即ち多分力検出
器が一体化されて組み込んである。通常、上記の二種の
支持方法のうち第一の支持方法では一個の６分力検出器
が使用され、第二の支持方法では支持アームにそれぞれ
一個の３分力検出器が使用されている。

上記二種の支持方法を測定精度及び動特性の性能の点か
ら比較すると、第一の方法では測定精度が高く、相対精
度で約０．１％程度であるが、動特性が劣り、測定可能
な周波数範囲は数）ｌｚ以下である。これに反して、第
二の方法では、測定精度が比較的低く、相対精度で１〜
３％程度になり、動特性に関しては３０〜５０　ＥＩｚ
に向上する。

第二の支持方法で測定精度が低下する主要な原因は、次
の点にある。支持アームが風胴模型に固定設置されてい
るため、風胴試験状態で発生する局所的な変形−これは
、例えば気流を局所的に集中して受ける箇所がある場合
、又は風胴模型の温度上昇により模型自体が全体あるい
は部分的に膨張ないし収縮した場合に生じるーによって
支持アーム間に測定すべき風胴模型の重心加わる力及び
／又はモーメントとは全く関係のない力が生じるためで
ある。この変形は、支持アームが風胴模型に剛体接続さ
れているため、支持アーム間の膨張ないし収縮によって
極度に強い力が両方のアーム間に発生する。もちろん、
これ等の局所的な力は全ての多分力検出器の出力を合計
した場合、最終的には相殺されて零となるものである。

しかしながら、各多分力検出器の指示値は大きな値で、
風胴試験で測定すべき本来の力又はモーメントに比べて
数十倍ないしは数百倍大きくため、たとえ局所的な力が
合計されて相殺されたとしても、最終的な測定の相対精
度は低下する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上に説明した従来技術に見られる難点に鑑み、この発明
の課題は、風胴模型に作用するそれぞれ直交する三分力
と三つのモーメントに関して、計測の動特性を向上させ
、測定精度を一層向上させた風胴試験の風胴模型を複数
の支持アームを用いて支持する方法を提供することにあ
る。

［問題点を解決するための手段］上記の課題は、この発明により多分力検出器を一体にし
て組み込んだ支持アームによって、風胴試験に用いる風
胴模型を支持する方法であって、風胴模型の下に弾性変
形が無視できる程度の材料の少なくとも三本の支持アー
ムを固定連結し、これ等の支持アームの下端に各一個の
三次元ジンバルを接続し、これ等の三次元ジンバルの下
方にそれぞれ一本の中間支持アームを接続し一方の中間
支持アームは下端には、三成分の力を測定できて大地又
は基礎に設置しである多分力検出器が直接接続され、他
方の中間支持アームの下端には中間に一次元ジンバルを
装備して同様な多分力検出器が接続され、上記以外の中
間アームはその中間に二次元ジンバルを装備して同様な
多分力検出器が接続されている、多分力検出器を一体に
して組み込んだ支持アームによって、風胴試験に使用す
る風胴模型を支持する方法によって解決されている。

他の有利な構成は、従属請求項に記載されている。

〔作　用〕

上記の構成による風胴模型の支持方法によれば、風胴模
型の局所的な変形は、支持アームの中間に配設した三次
元ジンバルと一本の支持アームを除いて他の支持アーム
に設置されたジンバルを経由して伝達されるため、この
変形によって生じる力が多分力検出器の検出部に伝達さ
れない。また、垂直方向の分力、特に模型自体の自重は
複数の検出器に分割されて支持されるため。各多分力検
出器の絶対測定精度を向上させることができ、動特性も
良好に維持できる。

〔実施例〕

以下に、この発明を実施例を示す図面に基づき詳しく説
明する。

第１図には、この発明による風胴模型１を支持する方法
が模式的に示しである。建築構造物、らるいは車両に相
当する風洞模型１は、この実施例の場合、風胴模型の形
状、重量等に応じて弾性変形が殆ど無視できる剛性を有
する材料から成る四本の支持アーム３１〜３４の上端に
固定されいる。

これ等の支持アーム３１〜３４の下端には、それぞれ三
次元ジンバル４１〜４４が接続されている。

これ等の三次元ジンバルは、いずれもこの支持アームに
の長手軸方向及びこの長手軸に対して垂直な二直交方向
の軸に対して自由に回転できるもので、例えばアームの
長手軸を中心として回転可能なベアリングと上記垂直な
二直交方向の軸の回りに自由に旋回可能な二次元ジンバ
ルで形成できる。

更に、各三次元ジンバル４１〜４４の下には中間支持ア
ーム３１′〜３４′が接続している。これ等の中間支持
アーム３１′〜３４′の下端には、それぞれ多分力検出
器６１、二次元ジンバル５２、二次元ジンバル５４及び
一次元ジンバル５３が接続されている。上記二次元ジン
バル５２．５４及びヒンジ５３の下には、それぞれ更に
第三支持アーム３２＃、３３”及び３３″が接続してい
る。

そして、これ等の第三支持アーム３２＃、３３“及び３
３″の下端には、それぞれ多分力検出器６２．６３及び
６４が固定されている。上記多分力検出器６１〜６４は
、何れも三直交成分の力を測定できる検出器であり、大
地又は基礎に直接設置されている。中間支持アーム及び
第三支持アームは、最初の支持アームと同様に、いずれ
も風胴試験中に弾性変形が無視できる材料で形成されい
る。

第２図には、上記の回転・旋回用の部材に対する記号を
より理解し易いように、整理して図示したものである。

上に述べた三次元ジンバル４１〜４４は三次元ジンバル
７４が使用されていて、これ等は二次元ジンバル７１と
ベアリング７２とで合成することができる。また、上に
述べた二次元ジンバル５２．５４には二次元ジンバル７
１が使用される。上に述べた一次元ジンバル５３には、
ヒンジ７３が使用されれ、支持アームの長手軸に垂直な
一つの軸の回りに旋回可能である。

第１図の実施例の場合、ヒンジ５３の旋回軸の方向は、
支持アーム３１と３３の間の最短方向に直交していると
、後の分力の合成演算が容易になり有利である。更に、
同様な合成演算の容易さのため、第２図の場合、四個の
三次元ジンバル４１〜４４及びジンバル５２．５３．５
４は、それぞれ同一な水平面内にあると有利である。

第１図の支持アームの構成では、力学的に静定であるか
ら、支持アームから逃げるモーメントはなく、力に関し
ては各多分力検出器６１〜６４で相殺される力は殆どな
いため、計測精度は飛櫂的に向上する。

風胴模型１に設けた原点Ｏに対する直交座標系ＸＹＺを
導入する。風洞模型１に作用する力■＝（Ｆｌｌ、　Ｆ
ｖ、　Ｆｚ）とモーメントＭ　Ｅ　（Ｍ　Ｘ、　Ｍ　ｖ
、　Ｍ　ｚ　）とする。また、四個の三次元ジンバル４
１〜４４によって形成される平面上に設けた原点Ｏ′を
含み、ｙ軸とｙ軸を含む直交座標系ｘｙｚを導入する。

三次元ジンバルの位置は、それぞれ工＋、　Ｌｚ。

工３．工４、（この場合、工”＝　（ｘ’、ｙ”、０）
である）となる（第３図参照）。この０′点に関する６
分力、即ち合成カニと合成モーメン）ｍは、工＝Σ　１
五（１）ｍ＝Σ　［ｒ’ｘｆ’　　コ　　　　　　　　　　　　
　（２）！−１で表せる。但し、ｎ＝４で［二ｘ二］はベクトルの外積
である。

また、模型ｌの原点Ｏに関する６分力、即ち力上２モー
メント又は、０．０′間のベクトル■＝（Ｌｌｌ、　Ｌ
ｖ、　Ｌｚ　）として、ヱ＝工（３）Ｍ＝Ｍ＋［Ｌｘ土］（４）となる。

四個の３分力検出器６１〜６４と四本の支持アーム３１
〜３４を使用した第２図及び第３図の場合、等式（１）
と（２）の各成分は、ｆＸ　＝　ｆｘ’＋　ｆＸ２＋　ｆＸ３＋　ｆ、’ｆ、
＝ｆ、’十ｆ、２＋　ｒ、３＋ｆ。

ｆ、＝　ｆ、’＋　ｆ、！＋　ｆ、’＋　ｆ、’ｍｇ　
　＝　　　ｆｚ’ｙ’　　　ｆｚ”ｙ”＋　ｆｇ’）”
−ｆ、４ｙ４ｍｙ　　””−ｆｇ’ｘ’−ｆｇ”ｘ”＋
　ｆ、”ｘ３＋　ｆ、’ｘ’−ｆ、’ｙ’−ｆ、’ｘ’
＋ｆ、２ｙ”＋ｆ、”ｘ”ｆ　　Ｘ３　ｙ　３　　　　
［，３ｘ　ｆｆ＋　ｆ　　Ｘ４　ｙ　４＋　（，４ｘ　
４となる。

この発明は、第２図に示した四本の支持アーム３１〜３
４と四個の三成分の多分力検出器６１〜６４を用いるこ
とに限定されるものではない。少なくとも三本又はそれ
以上の支持アームと対応する数の三成分多分力検出器を
使用する方法に適用できる。その場合、三次元ジンバル
を介して接続される一本の中間支持アームは直接多分力
検出器に接続され、三次元ジンバルを介して接続される
もう一本の中間支持アームは一次元ジンバル（ヒンジ）
を中間に保有し、下端を一個の多分力検出器に接続して
いる。残りの中間支持アームはそれぞれ中間に二次元ジ
ンバルを保有し、下端を各一個の多分力検出器に接続し
ている。

上記の構成にあっては、ヒンジの旋回軸の方向は、この
ヒンジを保有する中間支持アームと中間にジンバルを保
有しいない中間支持アームの間を最短で結ぶベクトルに
垂直であると有利である。

また、軸受としてボールベアリングでなく、エラストマ
ー弾性部材を軸受として使用することもできる。

〔発明の効果〕

この発明による風胴模型の支持方法を用いれば、模型自
体に生じた局所的な変形が個々の検出器に誘起する不要
な力を殆ど完全に防止でき、風胴模型に及ぼす目的とす
る力及びモーメントを高精度で計測することができ、し
かも測定周波数の許容範囲が高い。従って、近年急速に
要求されてきている高度な種々の計測を一層向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、この発明による支持方法で支持された風胴模型
の斜視図。第２図、第１図に使用されているジンバルの分類を示す
記号図。第３図、第１図の支持アームに設けた二次元ジンバルを
含む平面図と各支持アームの相対位置を示す平面図。図中引用記号：１・・・風胴模型、３１〜３４・・・支持アーム、３１′〜３４′　・・・中間支持アーム、４１〜４４・
・・三次元ジンバル、６１〜６４・・・多分力検出器。＄１　　図第２図

Claims

【特許請求の範囲】１、多分力検出器を一体にして組み込んだ支持アームに
よって、風胴試験に用いる風胴模型を支持する方法にお
いて、風胴模型の下に弾性変形が無視できる程度の材料
の少なくとも三本の支持アームを固定連結し、これ等の
支持アームの下端に各一個の三次元ジンバルを接続し、
これ等の三次元ジンバルの下方にそれぞれ一本の中間支
持アームを接続し一方の中間支持アームは下端には、三
成分の力を測定できて大地又は基礎に設置された多分力
検出器が直接接続され、他方の中筒支持アームの下端に
は中間に一次元ジンバルを装備して同様な多分力検出器
が接続され、上記以外の中間アームはその中間に二次元
ジンバルを装備して同様な多分力検出器が接続されてい
ることを特徴とする風胴模型を支持する方法。２、前記一次元ジンバルはヒンジであり、その旋回軸の
方向は、このヒンジを保有する中間支持アームと直接多
分力検出器に接続している中間支持アームとの間を最短
距離で結ぶ方向に垂直であることを特徴とする請求項１
記載の方法。３、三次元ジンバルの軸受としては、弾性部材が使用さ
れていることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。