JPH0621842B2 - 風洞の風速制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、風洞の風速制御装置に関する。

従来の技術 橋梁や高層ビルデイングのような構造物の空気力学的な
特性を調査するための手段として、風洞が広く用いられ
ている。また車両や飛行物体の空気力学的な性能を調べ
るためにも風洞は利用される。さらに、大気や気象状態
を模擬するためにも、風洞は利用される。一般に調査対
象が大きい場合は、縮尺模型が用いられ、その調査対象
が小さい場合は、実物が試験に供される。

風洞の設備は、基本的には、（ａ）空気の流れを惹起せ
しめる送風機である空気流発生源と、（ｂ）空気の温湿
度を調整する空調器と、（ｃ）調査対象である被試験物
体を設置する測定部と、（ｄ）測定部に設けられ、調査
対象の空気力学的性能を計測する計測装置と、（ｅ）空
気の流れを場所的に限定し、流れを一様にするための風
管と、（ｆ）空気発生源や空調器を調節して所定の気流
条件を得るための制御装置とを含む。空調器からの空気
を前記測定部に供給する風量を制御する主ダンパと、そ
の空調器からの空気を分岐してバイパスするためのバイ
パスダンパとがさらに備えられた風速制御装置は、たと
えば特開昭５７−１４９９４３および特開昭５９−６９
８１７などに開示されている。本発明は、このような風
洞における前記制御装置のうち、風速を調整する風速制
御装置に関する。

このような従来からの風洞の風速制御装置では、自動化
の程度が低く、その風速制御装置自体は、事例、演算増
幅器および信号選択器などで構成され、それらの各構成
要素部品を個々に点検することができた。近年は、高度
な技術が要求され、そのため風速制御装置は、コンピユ
ータ化され、自動化の程度が高く、複雑な処理を行
うようになつてきており、さらに各構成要素部品の動
作に代えて、コンピユータの内部処理が行われるように
なつてきており、構成要素部品を個々に点検することが
できなくなつてきている。また機械の出力は大きくなつ
てきている。一方、風洞を運転操作する作業者は、その
質が低下する傾向にある。このような状況において、風
速制御装置に異常が発生すれば、旧来のように自動化の
程度が低い場合や機械の出力が小さい場合には、その影
響は小さいけれども、近年のように風速制御装置が複雑
化し、扱うパワーが増大化していると、その影響は大き
く、機器の破損および人身事故につながる。したがつて
風速制御装置に異常や不具合が発生すれば、それを一速
く検知し、速やかに適切な処置を行うことが要求され
る。

典型的な先行技術では、風速指令値と実風速検出値との
偏差すなわち制御誤差を監視し、その偏差が大きいと
き、風速制御装置が異常であるものと判断するように構
成されている。このような構成は簡便であり、安価であ
るという利点がある反面、常に正しく異常を検知するこ
とができるとは限らない。たとえば風速指令値が大きく
変化したときには、その直後では偏差が大きく、その偏
差は時間と共に小さくなつていく。このような正常なと
きでも、偏差の大きさだけで検知すれば、誤つた判断を
することになる。

従来から、風管の強度およびダンパの強度は十分であ
り、送風機が高速度で回転しているときに、主ダンパが
全閉しても、風管が破裂したり、主ダンパが破損するこ
とはなかつたけれども、近年のように扱うパワーが増大
すると、このような強度が十分とは言えなくなつてきて
いる。

風洞において、一般的に、送風機の容量すなわち能力
は、加減速能力を考慮して、設備の定格風速よりも大き
く選定されている。このような状況において、風速を検
知するピトー管に異物が詰まつたり、そのピトー管と差
圧検出器を接続する圧力チユーブが外れたり、差圧検出
器に接続された信号線が断線すると、実風速が零と判定
されることになるので、送風機の回転速度は、その能力
の限界まで増速される。つまり、送風機は設備の能力を
超えたところで、運転されることになる。したがつて風
管や送風機本体が破損する。さらに被試験物体が設けら
れている測定部においては、被試験物体を損傷すること
になる。さらにまたこのように予告なく発生するトラブ
ルは、測定部で作業している作業員を危険に陥れ、人身
事故につながる。

発明が解決すべき課題 本発明の目的は、風洞の構成要素の損傷、たとえば風管
の破裂やダンパの破損などを防ぐことができるようにし
た風洞の風速制御装置を提供することである。

本発明の他の目的は、送風機が風洞の設備の能力を超え
て増速されないようにして、風洞の構成要素を損傷する
ことを防ぎ、また人身事故を未然に防ぐことができるよ
うにした風洞の風速制御装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、異常が発生したとき、それ
を早期に検知して設備の破壊や人身事故を未然に防ぐこ
とができるようにした風洞の風速制御装置を提供するこ
とである。

課題を解決するための手段 本発明は、送風機からの空気を、ダンパが設けられた風
管を介して、被試験物体に吹き出す風洞の風速制御装置
において、 送風機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、 ダンパよりも下流側に設けられ、前記吹き出す空気の実
風速を検出する実風速検出手段と、 回転速度検出手段によつて検出される回転速度が、第１
の予め定める値以上になつたことを比較して検出する第
１比較手段と、 実風速検出手段によつて検出される実風速が第２の予め
定める値以上になつたことを比較して検出する第２比較
手段と、 第１および第２比較手段のいずれか少なくとも一方の比
較出力に応答して、ダンパの開度を大きく変化させる手
段とを含むことを特徴とする風洞の風速制御装置であ
る。

また本発明は、送風機からの空気を、ダンパが設けられ
た風管を介して、被試験物体に吹き出す風洞の風速制御
装置において、 ダンパの上流側に設けられ、空気の圧力を検出する圧力
検出手段と、 圧力検出手段によつて検出される圧力が予め定める値以
上になつたことを比較して検出する比較手段と、 比較手段の比較出力に応答して、ダンパの開度を大きく
変化させる手段とを含むことを特徴とする風洞の風速制
御装置である。

また本発明は、送風機からの空気を、主ダンパが設けら
れた風管を介して、被試験物体に吹き出す風洞の風速制
御装置において、 主ダンパの上流側でバイパスダクトが設けられ、 そのバイパスダクトに主ダンパに連動するバイパスダン
パを設け、 主ダンパとバイパスダンパとの上流側に、流量計を設
け、 流量計によつて検出される流量が、予め定める値以上に
なつたことを比較して検出する比較手段と、 比較手段の比較出力に応答して、主ダンパの開度を大き
く変化する手段とを含むことを特徴とする風洞の風速制
御装置である。

また本発明は、送風機からの空気を、風管を介して、被
試験物体に吹き出す風洞の風速制御装置において、 送風機の回転速度の指令値を発生する手段と、 前記指令値を、その指令値の可能な最高回転速度以上で
あつてかつ設備を破壊するに至る予め定める値未満の範
囲内で選ばれる上限値に制限する手段とを含み、 前記制限手段の出力を送風機に与えることを特徴とする
風洞の風速制御装置である。

また本発明は、送風機からの空気を、ダンパが設けられ
た風管を介して、被試験物体に吹き出す風洞の風速制御
装置において、 送風機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、 ダンパよりも下流側に設けられ、前記吹き出す空気の実
風速を検出する実風速検出手段と、 回転速度検出手段によつて検出される回転速度が第１の
予め定める値以上になつたことを比較して検出する第１
比較手段と、 実風速検出手段によつて検出される実風速が第２の予め
定める値未満になつたことを比較して検出する第２比較
手段と、 第１および第２比較手段の両方の比較出力が得られたと
き、送風機を停止する手段とを含むことを特徴とする風
洞の風速制御装置である。

また本発明は、送風機からの空気を、風管を介して、被
試験物体に吹き出す風洞の風速制御装置において、 送風機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、 ダンパよりも下流側に設けられ、前記吹き出す空気の実
風速を検出する実風速検出手段と、 回転速度検出手段の出力と、実風速検出手段の出力に対
応した正常時の回転速度との差を求める減算手段と、 減算手段の出力に応答し、差の絶対値が予め定める値以
上になつたとき、送風機を停止する手段とを含むことを
特徴とする風洞の風速制御装置である。

作 用 本発明に従えば、送風機の回転速度検出手段によつて検
出される回転速度が予め定める値以上になつたとき、ま
たは実風速検出手段によつて検出される被試験物体が設
けられている測定部などにおける実風速が第２の予め定
める値以上になつたときのいずれか少なくとも一方の現
象の発生時に、ダンパの開度を大きく変化させ、その開
度をたとえば全開とする。これによつて送風機において
高速度で加速された空気がダンパでせき止められてダン
パ上流側の空気の圧力が異常に上昇することが防がれ
る。これによつて風管およびダンパは強い力を受け、そ
れらが破損してしまうことが防がれる。

また本発明に従えば、ダンパの上流側に空気の圧力を検
出する圧力検出手段を設け、この検出圧力が予め定める
値以上になつたときにダンパの開度を大きく変化させ
る。これによつてその圧力上昇が防がれて、風洞の損傷
が防がれる。

また本発明に従えば、送風機からの空気は、主ダンパを
介して被試験物体が設けられている測定部に導かれ、そ
の送風機からの空気の一部は、バイパスダンパを介して
分岐されることができ、これらの主ダンパとバイパスダ
ンパとの上流側に流量計を設け、これによつて検出され
る流量が予め定める値以上になつたとき、すなわち送風
機がたとえば最高回転速度で大流量の空気を高速度で供
給する異常状態になつたとき、主ダンパの開度をたとえ
ば全開に大きく変化する。これによつて風洞の構成要素
の損傷を防ぐ。

また本発明に従えば、送風機の回転速度の指令値は、そ
の指令値の可能な最高回転速度以上であつてかつ風洞の
設備、たとえば風管およびダンパなどを破壊するに至る
予め定める未満の範囲内で選んだ上限値に制限する。こ
れによつて送風機の回転速度が異常に上昇することが防
がれて、風洞の損傷が防がれて、安全が保たれる。

さらにまた本発明に従えば、送風機の回転速度が第１の
予め定める値以上になつたときであつてかつ実風速が第
２の予め定める値未満になつたときには、送風機を停止
し、安全を確保する。送風機の回転速度とそれによつて
得られる実風速とは、正常時には大略的に正比例する。
したがつてその回転速度が大きいにも拘わらず、実風速
が小さいときには、異常が発生したものと判断すること
ができ、このようなときには送風機を停止する。

さらにまた本発明に従えば、送風機の回転速度と、検出
された実風速に対応した正常時の回転速度との差を求
め、この差が大きいときには、異常が発生したものと判
断して、送風機を停止し、安全を確保する。なお実風速
検出手段によつて検出された実風速と、回転速度検出手
段によつて回転された送風機の回転速度に対応した正常
時の風速との差を求めて、その差の絶対値が予め定める
値以上になつたときに異常と判断して送風機を停止する
ようにしてもよく、そのような構成は、前掲の特許請求
の範囲に記載された本発明の精神に含まれる。

実施例 第１図は、本発明の一実施例の全体のブロツク図であ
る。風速設定手段であるシヤーシダイナモ１からの風速
設定値Ｖｓｏｌｌに基づき、低風速領域では、送風機２
を駆動するモータ３は、最小風速設定回路４からの最小
風速設定値Ｃｍｉｎに対応した一定速度で回転制御さ
れ、このとき主ダンパ５とバイパスダンパ２１とは、フ
イードフオワード制御回路６によつてフイードフオワー
ド制御が行われる。風速の高速域では、実際の風速を検
出する手段７からの風速測定値Ｖｉｓｔに基づき、比例
および積分（略称ＰＩ）制御回路８によつて送風機２を
駆動するネガテイブフイードバツク制御が行われるとと
もに、実風速の応答速度の向上を図るために、すなわち
シヤーシダイナモ１からの出力である風速設定値Ｖｓｏ
ｌｌに対する実風速Ｖｉｓｔの追従性を向上するため
に、フイードフオワード制御回路９によつて制御され
る。

第２図は、風洞の全体の構成を示す図である。風路全体
は風管１０に覆われており、風管１０の内部に送風機２
が設置される。送風機２は前述のようにモータ３によつ
て駆動される。モータ３は送風機２に直結されるときも
あるが、ベルト掛けや歯車列を介して駆動するように構
成されているときもある。送風機２の下流には、空調器
１１が設けられる。この空調器１１は、気流の温度を調
節するために、温水が導かれて空気と熱交換をする熱交
換器を有し、温水に代えてたとえば常温の水が供給され
るときもある。風管１０内にはガイドベーン１２が備え
られる。計測実験を行う測定部１３には、被試験物体、
たとえば車両１４がおかれ、気流を形成するためのノズ
ル１５が前方に配置される。測定部１３には、路面熱を
作るヒータ１６および日射熱を作るヒータ１７などが設
けられ、空調器１１とともに、熱平衡状態を形成するこ
とができる。測定部１３の下流には、ベルマウス１８が
あり、測定部１３で拡散した空気の流れを再び風管内部
に引き入れる。第２図に示されるように測定部１３が開
いている開放形の他に、測定部１３自身が風管に覆われ
る閉鎖形の風洞であつてもよい。閉鎖形の風洞であると
きは、ノズル１５の代わりに縮流部と称する気流絞り、
および風速の場所的な一様性を得るための所定条件形成
手段を設け、ハウジング１９によつて覆う。

ベルマウス１８に吸入された空気は、再び送風機２に供
給される。このような風洞を回流式風洞と称する。この
他、送風機２から出た空気が、大気などに放出され、送
風機２に再び供給されない風洞の形式であつてもよい。

空調器１１と測定部１３との間には、主ダンパ５が設け
られ、この主ダンパ５の手前にバイパスダクト２０が設
けられる。バイパスダクト２０のもう一方の端部は、測
定部１３の下流側で風管１０に接続されていて、バイパ
スダクト２０の入口寄りにはバイパスダンパ２１が配置
される。主ダンパ５およびバイパスダンパ２１は、開閉
可能になつていて、主風路風管１０ａとバイパスダクト
２０との風路断面積をそれぞれ調節することができる。
これらのダンパ５，２１は第１図に示されるように複動
油圧シリンダ２２によつて連動するように構成される。
主ダンパ５は第３図（１）のように、またバイパスダン
パ２１は第３図（２）のように、それらのうち、一方の
開度が大きくなると他方の開度が小さくなるようにいわ
ば逆動作するように構成されており、主ダンパ５が閉の
ときには、バイパスダンパ２１は開、またバイパスダン
パ２１が閉のときには主ダンパ５は開となる。

バイパスダクト２０は、低風速における気流性能、特
に、風速制御の性能を向上するために設置されている。
またこのバイパスダクト２０は、熱平衡状態を維持する
ためにも用いられる。測定部１３における実験目的によ
つては、これらのバイパスダクト２０およびバイパスダ
ンパ２１を省略してもよい。

測定部１３に設けられた被測定物体である車両１４の駆
動輪によつて、床に設けられたシヤーシダイナモ１が駆
動され、これによつて車輪の速度、すなわち車速に対応
した出力が、前述の風速設定値Ｖｓｏｌｌとして導出さ
れる。

測定部１３における風速を測定するために、差圧検出器
と関連して接続されるピトー管２３が設けられ、またそ
の測定部１３に供給される空気の温度は温度計２４によ
つて検出される。ピトー管２３および温度計２４からの
出力は風速計算回路２５に与えられ、こうして実風速Ｖ
ｉｓｔが第１式に基づいて計算される。

ここでｋｖは定数であり、ｔｅは温度計２４による測定
温度であり、ΔＰはピトー管２３によつて検出される動
圧である。ピトー管２３と温度計２４と風速計算回路２
５とは風速検出手段７を構成する。

風速計算回路２５からライン２６には実風速Ｖｉｓｔを
表す信号が導出され、減算回路２７から特性付与回路５
６およびライン２８を介して減算回路２９に与えられ
る。

シヤーシダイナモ１からの風速設定値Ｖｓｏｌｌは、特
性付与回路３２を介して、さらにライン３４から減算器
２９に与えられる。ライン３４からの信号とライン２８
から特性付与回路５６を介する信号との偏差εは、ライ
ン３５からフイードバツク制御のためのＰＩ制御回路８
に与えられ、その出力ＭＶはライン３６から加算回路３
７を経て、加算出力ＭＶ０はライン３８に導出される。
このライン３８の信号ＭＶ０は、加算回路３９に与えら
れる。加算回路３９には、最小回転速度設定回路４から
の出力Ｃｍｉｎが前述のように与えられ、こうして得ら
れる回転速度設定値Ｎｓｏｌｌは、ライン４０から制限
回路６０とスイツチ６１を経て、モータ駆動回路４１に
与えられる。

送風機の回転速度を制御する手段であるモータ駆動回路
４１は、減算器４２と、回転速度制御回路４４と、モー
タ３の回転速度を検出する回転速度検出器４５とを備
え、フイードバツク制御を行うように構成される。こう
して送風機２は回転速度設定値Ｎｓｏｌｌで制御され
る。

ライン３４からの信号ＳＶ０は、フイードフオワード制
御回路９に与えられ、その出力ＦＦは加算器３７に入力
され、こうしてモータ３したがつて送風機２のフイード
フオワード制御が行われる。

ライン３０からの信号Ｖｓｏｌｌはダンパ５のためのフ
イードフオワード制御回路６に与えられ、その出力ＳＶ
ｄは関数発生回路４６に与えられ、入力ＳＶｄに対応し
たダンパ５の開度θを表す信号をライン４７に導出し
て、スイツチ６２からダンパ開度制御回路４８に与えら
れる。

このダンパ開度制御回路４８は、減算器４９と、サーボ
コントローラ５０と、電気油圧サーボ弁５１と、主ダン
パ５の開度を検出する検出器５２とを有し、電気油圧サ
ーボ弁５１の出力によつて油圧シリンダ２２が複動駆動
され、関数発生回路４６の出力θに対応した開度に主ダ
ンパ５が制御され、これに応じてバイパスダンパ２１も
また駆動される。

関数発生回路４６は、フイードフオワード制御回路６の
出力ＳＶｄが増大するのに応じて、主ダンパ５の開度θ
が増大する特性を有し、この特性は第４図に示されると
おりである。こうして主ダンパ５の開度θは信号ＳＶｄ
に基づいて直接計算される。したがつて第５図（１）で
示されるように、車両１４の速度（すなわち車速）、し
たがつて風速設定値Ｖｓｏｌｌが増大するにつれて、第
５図（１）で示されるように主ダンパ５の開度が増大し
てゆき、たとえば車速が４０ｋｍ／ｈ以上では、その開
度は１００％となる。また送風機２の駆動を行うモータ
３の回転速度は第５図（２）で示されるように、車両１
４の速度、したがつて風速設定値Ｖｓｏｌｌが零〜３５
ｋｍ／ｈ未満の範囲では、最小回転速度設定回路４で設
定された値Ｃｍｉｎであり、その車速３５ｋｍ／ｈ以上
では、信号Ｖｓｏｌｌの増大に応じて、モータ３の回転
速度が増大するように構成される。風速３５〜４０ｋｍ
／ｈの範囲では、主ダンパ５と送風機２とがいずれも制
御され、測定部１３における風速の円滑な変化が達成さ
れる。

送風機２の制御を行うために、ライン３０の信号Ｖｓｏ
ｌｌは、前述のように減算器３１に与えられ、この減算
器３１には、下限風速設定回路５５からの出力ＳＶｍｉ
ｎが与えられる。下限風速設定回路５５から出力される
信号ＳＶｍｉｎは、第５図（２）に関連して説明した車
速３５ｋｍ／ｈに対応する値である。減算器３１は、そ
の出力ＳＶ１（＝Ｖｓｏｌｌ−ＳＶｍｉｎ）を演算し
て、特性付与回路３２に与える。この特性付与回路３２
は、第６図のように、減算器３１の出力であるＳＶ１が
負であるときには零である出力を導出し、減算器３１の
出力が零以上であるとき、その出力ＳＶ１を増幅率１で
導出する。このようにして、送風機２は風速ＳＶｍｉｎ
（＝たとえば車速３５ｋｍ／ｈに対応する値）未満で
は、特性付与回路３２の出力は零であつて、モータ３は
最小回転速度設定回路４で設定された回転速度Ｃｍｉｎ
の一定回転速度で制御されることになる。

このようにして車速４０ｋｍ／ｈ以下の低風速域では、
ダンパ５の開度を調節して測定部１３における風速を調
整し、これによつて一般的に低風速の高精度の風速検出
が困難なことによる誤動作を防ぐとともに、モータ３の
低回転速度域でのモータ３を駆動する制御回路４４に含
まれているインバータの低周波数での安定性が悪いこと
に起因する動作の不安定性を防ぐ。車速４０ｋｍ／ｈ以
上では、ダンパ５は全開状態となり、送風機２を駆動す
るモータ３の回転速度の制御が安定に行われる。

下限風速設定回路５５の出力はまた、減算器２７に与え
られ、この減算器２７の出力は前述の特性付与回路３２
と同様な構成を有する特性付与回路５６に与えられ、こ
れによつて風速が下限値ＳＶｍｉｎ未満では特性付与回
路５６からライン２８に導出される出力は零である。

回転速度制御回路４４はインバータを有していてもよい
けれども、その他の構成によつてモータ３の回転節度を
制御するように構成されていてもよい。

ダンパ５，２１を駆動する複動油圧シリンダ２２と電気
油圧サーボ弁５１とに代えて、電力増幅回路とサーボモ
ータとが用いられてもよく、またその他の構成によつて
実現されてもよい。

風管１０の破裂を防ぎ、主ダンパ５の破損を防ぐために
さらに次のように構成される。送風機２の回転速度は検
出手段４５によつて検出され、その出力Ｎｉｓｔは第１
比較回路６３に与えられる。この第１比較回路６３の特
性は第７図に示されているとおりであつて、入力される
検出された回転速度Ｎｉｓｔが予め定める第１の値Ｎ１
以上の予め定める値Ｎ２未満で、その出力はローレベ
ル、すなわち論理「０」であり、その入力Ｎｉｓｔが前
記値Ｎ２以上でハイレベル、すなわち論理「１」とな
る。前記第１の予め定める値Ｎ１は、主ダンパ５が全
開、すなわち開度１００％になるための前述のフイード
フオワード回路６の出力ＳＶｄのレベルに対応してい
る。

風速検出手段７からライン２６に導出される実風速Ｖｉ
ｓｔを表す信号は第２比較回路６４に与えられる。この
第２比較回路６４は、前述の第１比較回路６３と類似の
構成を有し、実風速Ｖｉｓｔが、主ダンパ５が全開にな
る値Ｃｏｖに対応する第２の予め定める値Ｎ１以上の予
め定める値Ｎ２未満ではその出力はローレベルであり、
Ｎ２以上ではハイレベルである。

第１および第２比較回路６３，６４の出力はＯＲゲート
６５に与えられ、このＯＲゲート６５の出力によつてス
イツチ６２の接点６２ａ，６２ｂがそのスイツチング態
様を変化する。ＯＲゲート６５の出力がハイレベルであ
るとき接点６２ａは導通し、接点６２ｂは遮断し、この
ＯＲゲート６５の出力がローレベルであるとき接点６２
ａは遮断し、接点６２ｂは導通する。接点６２ａには、
全開指令回路６６から、主ダンパ５が全開になるための
信号を発生する。

低風速では、ＯＲゲート６５の出力はローレベルである
ので、接点６２ｂが導通し、関数発生回路４６の出力θ
が、ダンパ５，２１の開度指令として用いられる。送風
機２の回転速度Ｎｉｓｔが第１比較回路６３が設定され
た値Ｎ２未満であるときまたは実風速Ｖｉｓｔが第２比
較回路６４で設定された予め定める値未満であるとき、
これらの第１および第２比較回路６３，６４の出力はロ
ーレベルであり、したがつて風速制御がダンパ５，２１
の開度によつて調節される比較的低い風速域では、ＯＲ
ゲート６５の出力はローレベルである。

送風機２の回転速度Ｎｉｓｔが予め定める値Ｎ２以上で
あるときまたは実風速Ｖｉｓｔが第２比較回路６４で設
定された予め定める値以上であるときには、第１または
第２比較回路６３，６４の少なくとも一方からハイレベ
ルの信号が導出され、ＯＲゲート６５の出力はハイレベ
ルとなる。したがつてスイツチ６２の接点６２ａが導通
し、接点６２ｂが遮断する。これによつてダンパ開度指
令信号は、回路６６から全開指令値が導出され、したが
つて風速指令値Ｖｓｏｌｌに関係なく、つまりダンパ特
性の出力θに関係なく、主ダンパ５は全開となり、バイ
パスダンパ２１は全閉となる。

第１および第２比較回路６３，６４において回転速度Ｎ
ｉｓｔおよび実風速Ｖｉｓｔが比較される弁別レベルＮ
２などは、主ダンパ５が全開になる値Ｎ１、すなわち値
Ｃｏｖに対応した値よりも大きな値に選べれており、本
件風速制御装置が正常に動作中は、結果的には、制御系
に影響を与えない。

今、高風速で運転中、したがつて主ダンパ５は全開であ
るとき、風速指令値Ｖｓｏｌｌが急激に低下したり、ま
た風速指令値Ｖｓｏｌｌを導く線が断線などして喪失す
ると、主ダンパ５はフイードフオワード回路６によるプ
ログラム制御が行われているので、風速指令値に対応し
た開度となるように制御される。一方、風速指令値Ｖｓ
ｏｌｌが急激に低下しても、送風機２およびモータ３の
有する慣性モーメントによつて、その送風機２の回転速
度は急激には低下しない。さらに、高風速に加速された
風管１０内の風路の空気は、その慣性によつて、風速が
速やかには低下しない。したがつて、もしも第１および
第２比較回路６３，６４、ＯＲゲート６５、スイツチ６
２および全開指令回路６６が存在しない場合には、実風
速が低下しないにも拘わらず、主ダンパ５は関数発生回
路４６からの指令値θが全閉となる指令となることによ
つて、そのダンパ５が全閉となつてしまう。このような
事態が発生すると、高速度に加速された空気が、主ダン
パ５でせき止められ、そのダンパ５の上流側の空気の圧
力は異常に上昇する。これによつて風管１０および主ダ
ンパ５は強い力を受け、ついには破損する。上述の実施
例は、このような問題を防ぐ。つまり回転速度Ｎｉｓｔ
または実風速Ｖｉｓｔが第１および第２比較回路６３，
６４で設定された値Ｎ２以上の大きな値であるときに
は、風速指令値Ｖｓｏｌｌに関係なく、ＯＲゲート６５
の出力がハイレベルであるので、主ダンパ５は全開とな
り、主ダンパ５の上流側の空気は、その主ダンパ５によ
つてせき止められることがなく、破損が防がれ、安全が
確保される。

ピトー管２３は主ダンパ５の下流側に設けてあるので、
主ダンパ５が全閉になると、実風速を検出することが不
可能になる。そこで、上述のように送風機２の回転速度
Ｎｉｓｔが第１比較回路６３において比較されて、上述
のように破損が防がれ、安全が確保されるのである。

次に、ピトー管２３が故障したり、そのピトー管２３に
関連して接続されている差圧検出器の圧力チユーブが外
れたりして、風速検出手段７によつて検出される実風速
Ｖｉｓｔが零となつて誤動作を生じたときにおいても、
送風機２の回転速度が異常に高く増速することを防ぐた
めに、制限回路６０が備えられている。この制限回路６
０の一方の入力にきは回転速度指令値Ｎｓｏｌｌが与え
られ、他方の入力には、上限値設定回路６７からの最大
許容値である上限値ＮＳが与えられる。この上限値ＮＳ
は、回転速度指令値Ｎｓｏｌｌのとり得る可能な最高回
転速度以上の値であつて、かつ設備、たとえば風管１０
および主ダンパ５などを破壊するに至る予め定める値未
満の範囲内で選ばれ、たとえば定格回転速度の１２０％
の値であつてもよい。

第８図は、制限回路６０の具体的な構成を示す電気回路
図である。回転速度指令値Ｎｓｏｌｌと上限値ＮＳはダ
イオード６９，７０を経て、さらに抵抗Ｒ１，Ｒ２を経
て、演算増幅回路７１の一方の入力に与えられる。この
演算増幅回路７１には抵抗Ｒ３が接続され、さらにまた
もう１つの入力端子に抵抗Ｒ４が接続される。抵抗Ｒ
１，Ｒ２，Ｒ３の抵抗値は同一値である。したがつて制
限回路６０からライン７０に導出される指令値は、回転
速度指令値Ｎｓｏｌｌおよび上限値ＮＳのうち、小さい
方の信号値が選択されて導出される。上限値ＮＳは上述
のように設備能力で決まる最大風速に対応する送風機２
の回転速度である。制限回路６０は上述のように２つの
入力Ｎｓｏｌｌと、上限値ＮＳとの小さい方の信号が、
その出力としてライン７２に導出される。制限回路６０
はコンピユータなどによつて実現してもよい。上限値Ｎ
Ｓは、設備の最大許容値に設定されているので、通常
は、回転速度指令値Ｎｓｏｌｌが選択されていて、制限
回路６０の存在は、制御系に影響を与えない。

風洞設備に異常が生じ、回転速度指令値Ｎｓｏｌｌが異
常に大きくなると、制限回路６０は有効に働く。この制
限回路６０の働きによつて、ライン７２に導出される信
号の回転速度指令値は、上限値ＮＳを超えることはな
く、したがつて風速は異常に大きくなることはない。つ
まり、風管１０の破壊が防がれ、測定部１３における被
試験物体である車両１４などが破損することはなく、ま
た人身事故が未然に防がれる。

回転速度指令値Ｎｓｏｌｌが、設備の能力を超えて増加
する原因としては次の事項がある。たとえばピトー管２
３に異物が詰まつたり、ピトー管２３とそれに関連して
接続されている差圧検出器とを結ぶ圧力チユーブが外れ
たり、その他、風速検出手段７に故障が発生した場合な
どである。このような場合、実風速Ｖｉｓｔは誤つて小
さく検出されるので、回転速度指令値Ｎｓｏｌｌは異常
に大きな値となる。つまり送風機２を増速して、風管１
０内の空気をさらに加速する。

またこの回転速度指令値Ｎｓｏｌｌが異常に大きくなる
原因としては、測定部１３の空気抵抗が大きく、したが
つて制御誤差、すなわちオフセツト量が大きく生じ、こ
のオフセツト量は、ＰＩ制御回路８の内部に設けられて
いる積分回路によつて累算されて、その出力ＭＶ、した
がつて回転速度指令値Ｎｓｏｌｌが時間と共に増大し、
設備能力を超える場合である。このような場合であつて
も、制限回路６０などの働きによつて、設備の破損が防
がれ、安全が確保される。

さらにまた本件風速制御装置において、上述のようなト
ラブルが生じたときおよびその他のトラブルが生じて、
異常が発生すれば、それを早期に検知して、設備の破損
を防ぎ、人身事故を防ぐために、さらに次のように構成
される。風速設定手段７によつて検出された実風速Ｖｉ
ｓｔは、減算回路７５に与えられ、この減算回路７５に
は設定回路７６からの設定値Ｃｏｖが与えられる。

Cov＝Vist …(２) この設定値Ｃｏｖは、前述のように、主ダンパ５が全開
となる指令値θに対応した値である。減算回路７５の出
力は第３比較回路７７に入力される。比較回路７７で
は、その特性が第９図（１）に示されるように、減算回
路７５の出力が負であるとき、その比較出力はローレベ
ルであり、零以上であるときハイレベルである。したが
つて実風速Ｖｉｓｔが値Ｃｏｖに対応した値未満である
ときには、第３比較回路７７の出力はハイレベルであ
り、このようにして、実風速Ｖｉｓｔが小さく、したが
つて主ダンパ５によつて風速が制御されているという条
件下では、第３比較回路７７はハイレベルの信号を導出
する。

回転速度検出手段４５によつて検出された送風機２の回
転速度Ｎｉｓｔはもう１つの減算回路７８に与えられ
る。この減算回路７８には、最小回転速度設定回路４か
らの値Ｃｍｉｎに係数器７９によつて演算された値ＮＫ
がライン８０に導出されて減算回路７８に与えられる。

NK＝KIN・Cmin …(３) ここでＫＩＮは係数器７９のゲインである。第４比較回
路８０は、前述の第３比較回路７７と同様な構成を有
し、減算回路７８の出力が負であるときローレベルの信
号を導出し、零以上であるときハイレベルの信号を導出
する。第３および第４比較回路７７，８０の出力はＡＮ
Ｄゲート８１に与えられ、その出力は５〜２０秒の時間
を設定するタイマ８３によつて遅延されて、スイツチ６
１が制御される。タイマ８３はＡＮＤゲート８１の出力
を、上述のように遅延して導出し、その時間はたとえば
１０秒前後であつてもよい。タイマ８３の出力がローレ
ベルであるときには、第１図に示されるようにスイツチ
６１の接点６１ｂは導通しており、接点６１ａは遮断し
ている。タイマ８３の出力が、ＡＮＤゲート８１の出力
に基づいて遅延してハイレベルとなつて導出されたと
き、接点６１ｂは遮断し、接点６１ａは導通する。この
接点６１ａの導通によつて、送風機２、したがつてモー
タ３の回転速度が零となつて停止するための停止指令信
号発生回路８４からの信号がモータ駆動回路４１に与え
られる。

正常時において、送風機２の回転速度Ｎｉｓｔと実風速
Ｖｉｓｔとは、第９図（２）に示されるようにほぼ正比
例の関係にあり、このような状況が達成されなくなつた
とき、本件風速制御装置において異常が発生したものと
判断し、送風機２を停止するのである。

設定回路７６において設定される値のＣｏｖは、主ダン
パ５の全開値の風速設定値に対応している。最小回転速
度Ｃｍｉｎは、この値Ｃｏｖにおける送風機２の回転速
度である。

風速制御が送風機２の回転速度によつて調節される領域
では、 Vist＞Cov …(４) である関係が成立する。このとき第３比較回路７７の出
力は，ローレベルである。このとき第４比較回路８０の
出力に関係なく、ＡＮＤゲート８１の出力はローレベル
であり、したがつてスイツチ６１の接点６１ｂが導通し
ており、接点６１ａは遮断し、送風機２を停止するトリ
ツプ信号は発信されていない。

風速制御が、主ダンパ５の開度によるプログラム制御さ
れる領域、つまり Vist＜Cov …(５) であるとき、第３比較回路７７の出力はハイレベルとな
り、ＡＮＤゲート８１の出力は、第４比較回路８０の出
力によつて決定される。すなわち最小回転速度Ｃｍｉｎ
は、係数器７９で設定されたゲインＫｉｎが乗ぜられ、
第３式のとおりとされ、減算回路７８に与えられる。第
４比較回路８０は、減算回路７８からの入力信号の正負
を判別し、正の場合、すなわち回転速度Ｎｉｓｔが大き
いとき、ハイレベルの信号を導出する。

次に、 Nist＝Cmin …(６) であるとき、 Vist＝Cov …(７) となる。この値ＣｍｉｎとＣｏｖは、このような条件が
成立するように、予め定められている。ゲインＫＩＮ
が、１を超える値に設定されていると、前述の第５式が
成立する領域では、 Nist＜KIN・Cmin …(８) が常に成立する。つまり第３比較回路７７の出力がハイ
レベルであるとき、第４比較回路８０の出力は常にロー
レベルであり、スイツチ６１では、接点６１ｂが導通し
ており、トリツプ信号は発信されない。換言すれば、本
件風速制御装置がすべて正常に動作しているときには、
トリツプ信号は発生されない。

ここで風速を検知するためのピトー管２３に異物が詰ま
つたり、そのピトー管と差圧検出器をつなぐ圧力チユー
ブが破損したり、差圧検出器の信号が断線して、実風速
Ｖｉｓｔが異常に低い値を示すとき、スイツチ６１の接
点６１ａが導通し、送風機２を停止するトリツプ信号が
出力される。すなわちこのような異常が生じていると
き、実風速Ｖｉｓｔが小さいので、前述の第５式が成立
し、第３比較回路７７の出力はハイレベルとなる。送風
機２の回転速度が上昇して Nist＞KIN・Cov …(９) となると、第４比較回路８０の出力はハイレベルとな
る。こうしてＡＮＤゲート８１の出力がハイレベルとな
るので、スイツチ６１の接点６１ａが導通し、接点６１
ｂが遮断して、トリツプ信号が出力される。タイマ８３
は、ＡＮＤゲート８１の出力が瞬時的にハイレベルとな
るときに、誤つてスイツチ６１のスイツチング状態が変
化してトリツプ信号が発信されるのを防ぐ。

タイマ８３の設定時間を十分に長くすると、係数器７９
を省略することができるが、そのようにすると、異常の
発生時に送風機２を停止するのが遅くなつてしまう。ま
た前述の値Ｃｏｖ，Ｃｍｉｎは、その他の値が選ばれて
もよく、これらの値よりも大きい値が選ばれてもよいけ
れども、これらの値Ｃｏｖ，Ｃｍｉｎの組合わせは、相
互に対応して選ぶ必要がある。

第１０図は、本発明の他の実施例の電気回路図である。
送風機２の回転速度Ｎｉｓｔを表す信号は減算回路８５
に与えられ、この減算回路８５には実風速Ｖｉｓｔを表
す信号が係数器８６を介して与えられる。減算回路８５
の出力は絶対値回路８７に与えられる。この絶対値回路
８７は、減算回路８５から与えられる信号の絶対値を表
す出力を第１１図に示すようにして導出する。比較回路
８８は絶対値回路８７の出力が第１２図に示されるよう
に予め定める値ＥＲ以上であるとき論理「１」であるハ
イレベルの信号を導出する。比較回路８８の出力は前述
の実施例と同様にタイマ８３に与えられ、そのタイマ８
３の出力はスイツチ６１を制御する。係数器８６は実風
速ＶｉｓｔにゲインＫＮを掛算して導出する。本件風速
制御装置が正常な場合、 Nist＝KN・Vist …(10) が定常的に成立しており、比較回路８８の出力はローレ
ベルのままであり、スイツチ６１の接点６１ｂは導通し
ており、接点６１ａは遮断しており、したがつてトリツ
プ信号は出力されない。

たとえば風速検出手段７が故障すると、一般的に、 Nist＞KN・Vist …(11) その減算回路８５における差を表す信号は、予め定める
値ＥＲ以上となると、比較回路８８はハイレベルの信号
を導出してタイマ８３に与え、これによつてスイツチ６
１のスイツチング状態が変化してトリツプ信号が出力さ
れ、送風機２が停止する。タイマ８３は省略されてもよ
い。

また上述の実施例ではトリツプ信号によつて送風機２が
停止されたけれども、送風機２が低速度で回転するよう
に設定回路８４の出力が定められてもよい。

第１３図は、本発明のさらに他の実施例のブロツク図で
ある。この実施例は前述の第１０図に示される実施例に
類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。この実
施例では、減算回路８５の出力は絶対値比較回路９０に
与えられる。この絶対値比較回路９０は、第１４図に示
されるように、減算回路８５の差出力の絶対値が値ＥＲ
未満であるときローレベルの信号を導出し、その差出力
の絶対値が値ＥＲ以上であるときハイレベルの信号を導
出する。その他の構成は、第１０図に示される実施例と
同様である。

送風機２を停止するために、上述の実施例では、スイツ
チ６１がモータ駆動回路４１の前段に設けられたけれど
も、本発明の他の実施例として、第１５図に示されるよ
うに、モータ駆動回路４１からライン８８を介して導出
される信号を、リレー９１の接点９２によつて遮断する
ようにしてもよい。このリレー９１のコイルは、タイマ
８３からハイレベルの信号が与えられたとき励磁され
て、そのリレースイツチ９２が遮断するように構成され
る。

またタイマ８３またはＡＮＤゲート８１の出力によつ
て、ブザーなどを駆動して警報音を発生するようにして
もよく、警報音を聞いた作業者は、本件風速制御装置の
電源を遮断するなどして、本件風洞設備を停止する。

第１６図は本発明のさらに他の実施例の全体の系統図で
あり、第１７図はその実施例の一部の電気回路図であ
る。この実施例は前述の実施例に類似し、対応する部分
には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施例で
は、主ダンパ５およびバイパスダンパ２１の上流側に圧
力を検出する圧力検出手段９４が設けられる。この圧力
検出手段９４は、いわゆる圧力スイツチであつてもよ
く、この圧力スイツチ９４は、風管１０内の圧力が異常
な高い値になり、前述の第１図に示される実施例におけ
るＯＲゲート６５からハイレベルの信号が導出されるの
と同じ状況でスイツチ６２のスイツチング状態を、第１
７図の状態から切換えて、接点６２ａを導通し接点６２
ｂを遮断し、こうして全開指令値設定回路６６からの出
力をダンパ駆動回路４８に与える。このような構成によ
れば、第１および第２比較回路６３，６４およびＯＲゲ
ート６５を用いた構成に比べて構成が簡略化される。圧
力検出手段９４は、圧力スイツチだけでなく、その他の
構成によつて実現されてもよい。

第１８図は本発明のさらに他の実施例の全体の系統図で
あり、第１９図はその第１８図に示される実施例の一部
の電気的構成を示すブロツク図である。この実施例では
主ダンパ５とバイパスダンパ２１との上流側で風管１０
に流量計９６が設けられる。この流量計９６の出力は比
較回路９７に与えられる。比較回路９７は、前述の第１
図に示される実施例におけるＯＲゲート６５からハイレ
ベルの信号が導出されるのと同じ状況で、スイツチ６２
のスイツチング状態を変化させ、したがつて流量計９６
によつて検出される流量が、予め定める値以上になつた
ときに、比較回路９７は全開指令値設定回路６６からの
出力を、導通している接点６２ａを介して、ダンパ駆動
回路４８に与える。その他の構成は前述の実施例と同様
である。このような構成もまた本発明の精神に含まれ
る。

発明の効果 以上のように本発明によれば、送風機の異常な高速回転
やダンパが不所望に閉じることが防がれ、これによつて
風洞の構成要素の損傷、たとえば風管の破裂およびダン
パの破損などを防ぐことができ、また人身事故を防ぐこ
とができるようになり、さらにまた異常が発生したとき
には送風機が停止されて、安全が確保される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体の電気回路図、第２図
は本発明の一実施例の全体の系統図、第３図は主ダンパ
５とバイパスダンパ２１との動作を説明するための図、
第４図は関数発生回路４６の特性を示す図、第５図は車
両１４の速度と主ダンパ５の開度θと送風機２の回転速
度との関係を示すグラフ、第６図は特性付与回路３２の
特性を示すグラフ、第７図は第１比較回路６３および第
２比較回路６４の特性を示すグラフ、第８図は制限回路
６０の具体的な構成を示す電気回路図、第９図（１）は
第３比較回路７７および第４比較回路８０の特性を示す
グラフ、第９図（２）は回転速度Ｎｉｓｔと実風速Ｖｉ
ｓｔとの正常時の関係を示すグラフ、第１０図は本発明
の他の実施例の一部の構成を示すブロツク図、第１１図
は第１０図に示される絶対値回路８７の特性を示すグラ
フ、第１２図は比較回路８８の特性を示すグラフ、第１
３図は本発明の他の実施例の電気的構成を示す一部のブ
ロツク図、第１４図は第１３図の絶対値比較回路９０の
特性を示すグラフ、第１５図は本発明のさらに他の実施
例の一部の電気回路を示す図、第１６図は本発明の他の
実施例の全体の系統図、第１７図は第１６図に示された
実施例の一部の電気的構成を示すブロツク図、第１８図
は本発明のさらに他の実施例の全体の系統図、第１９図
は第１８図に示される実施例の一部の電気回路を示すブ
ロツク図である。 １……シヤーシダイナモ、２……送風機、３……モー
タ、５，２１……ダンパ、６，９……フイードフオワー
ド制御回路、７……風速検出手段、８……ＰＩ制御回
路、１０……風管、１３……測定部、１４……被試験物
体、６０……制限回路、６１，６２……スイツチ、６
３，６４，７７，８０……比較回路、６６……全開指令
値発生回路、８３……タイマ、８４……停止指令値発生
回路、９４……圧力検出手段、９６……流量計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−149943（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−69817（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送風機からの空気を、ダンパが設けられた
   風管を介して、被試験物体に吹き出す風洞の風速制御装
   置において、 送風機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、 ダンパよりも下流側に設けられ、前記吹き出す空気の実
   風速を検出する実風速検出手段と、 回転速度検出手段によつて検出される回転速度が、第１
   の予め定める値以上になつたことを比較して検出する第
   １比較手段と、 実風速検出手段によつて検出される実風速が第２の予め
   定める値以上になつたことを比較して検出する第２比較
   手段と、 第１および第２比較手段のいずれか少なくとも一方の比
   較出力に応答して、ダンパの開度を大きく変化させる手
   段とを含むことを特徴とする風洞の風速制御装置。
2. 【請求項２】送風機からの空気を、ダンパが設けられた
   風管を介して、被試験物体に吹き出す風洞の風速制御装
   置において、 ダンパの上流側に設けられ、空気の圧力を検出する圧力
   検出手段と、 圧力検出手段によつて検出される圧力が予め定める値以
   上になつたことを比較して検出する比較手段と、 比較手段の比較出力に応答して、ダンパの開度を大きく
   変化させる手段とを含むことを特徴とする風洞の風速制
   御装置。
3. 【請求項３】送風機からの空気を、主ダンパが設けられ
   た風管を介して、被試験物体に吹き出す風洞の風速制御
   装置において、 主ダンパの上流側でバイパスダクトが設けられ、 そのバイパスダクトに主ダンパに連動するバイパスダン
   パを設け、 主ダンパとバイパスダンパとの上流側に、流量計を設
   け、 流量計によつて検出される流量が、予め定める値以上に
   なつたことを比較して検出する比較手段と、 比較手段の比較出力に応答して、主ダンパの開度を大き
   く変化する手段とを含むことを特徴とする風洞の風速制
   御装置。
4. 【請求項４】送風機からの空気を、風管を介して、被試
   験物体に吹き出す風洞の風速制御装置において、 送風機の回転速度の指令値を発生する手段と、 前記指令値を、その指令値の可能な最高回転速度以上で
   あつてかつ設備を破壊するに至る予め定める値未満の範
   囲内で選ばれる上限値に制限する手段とを含み、 前記制限手段の出力を送風機に与えることを特徴とする
   風洞の風速制御装置。
5. 【請求項５】送風機からの空気を、ダンパが設けられた
   風管を介して、被試験物体に吹き出す風洞の風速制御装
   置において、 送風機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、 ダンパよりも下流側に設けられ、前記吹き出す空気の実
   風速を検出する実風速検出手段と、 回転速度検出手段によつて検出される回転速度が、第１
   の予め定める値以上になつたことを比較して検出する第
   １比較手段と、 実風速検出手段によつて検出される実風速が第２の予め
   定める値未満になつたことを比較して検出する第２比較
   手段と、 第１および第２比較手段の両方の比較出力が得られたと
   き、送風機を停止する手段とを含むことを特徴とする風
   洞の風速制御装置。
6. 【請求項６】送風機からの空気を、風管を介して、被試
   験物体に吹き出す風洞の風速制御装置において、 送風機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、 ダンパよりも下流側に設けられ、前記吹き出す空気の実
   風速を検出する実風速検出手段と、 回転速度検出手段の出力と、実風速検出手段の出力に対
   応した正常時の回転速度との差を求める減算手段と、 減算手段の出力に応答し、差の絶対値が予め定める値以
   上になつたとき、送風機を停止する手段とを含むことを
   特徴とする風洞の風速制御装置。