JPH0634484A - 風 洞 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 壁干渉を完全に解消し、テスト模型を高精度
でテストできるようにする。 【構成】 風洞（１０）のテスト部内における壁（１
１、１２、１３、１４）には、長手方向のスロット（１
８）と、スロット（１８）の後方に位置する溝（１９）
とが設けられている。各溝（１９）は、調節装置の使用
によって所望の形状に調節可能な可撓性の底部（２２）
を備えている。こうして、空気流に対する壁の影響が減
少され、より容易に計算される。この構成によって、模
型のテストに対する影響を減少でき（風洞シミュレーシ
ョンの改良）、残留効果をより正確に計算することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、亜音速域、遷音速域
および超音速域において物体をテストするための風洞に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、風洞内における空気力学的シ
ミュレーションは、いわゆる“壁干渉”によって混乱つ
まり摂動させられるものである。この壁干渉は、風洞内
における気流を包囲する壁によって発生し、従って、自
由飛行中の飛行機（または、自由環境下にある任意の航
空機）の状況とは異なる状況をつくり出す。このような
風洞壁の存在により、気流の所望のマッハ数（速度と音
速との比率）を達成するのは不可能であり、および／ま
たは、テスト物体の周囲の流れ場が好ましくない影響を
受け、すなわち、シミュレーションの質が低下する。風
洞壁によるこのような摂動の減少、ならびに、それが可
能な場合、これらの理論的な説明および計算は、空気力
学者の主な関心事である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の課題を解決する
ための方法は、多くのものが考えられテストされてきた
が、今までのところ、風洞専門家の要求を満たすものは
考えられていない。前記壁による影響を抑え、且つ、こ
れらの影響を計算できるものとするため、いくつかの方
法が開発されている。これらの方法の１つは、テスト部
領域の複数壁を多孔性とし、または、これら壁に孔を形
成し、または、これらの壁に異なる形状のスロットを形
成するものである。これらの３つの例のすべては、主要
気塊流の一部がテスト部の周囲の一種の中空空洞中に逃
げ込むことができる、という効果を有する。このような
“開口”風洞システムは、壁によって発生する摂動をか
なり減少するものである。しかし、この方法は主要流の
質を低下させる、ということが分った。また、残留補正
を計算するための境界条件を定義するのが、かなり困難
である。

【０００４】現在採用されている別の方法によると、風
洞の壁全体は、それぞれの空気力学的状況に適応できる
ように、可撓性を持つよう構成されている。矩形のテス
ト部において、テスト物体に適応できるように、２つの
相互に対向した壁を変形させるのは比較的簡単である。
これは正しいマッハ数を得るとともに、主要気流の摂動
を補正することを考慮したものであるが、上昇中のテス
ト模型の翼に発生する残留スパン幅効果を減少すること
はできない。様々な技術的制約により、４つの壁の変形
による同時的な適応は、実際上、ほとんど実現不可能で
ある。さらに、高い超音速マッハ数の場合において、適
応性の壁を使用するには、これらの壁がきわめて高い位
置精度を有する必要がある。その結果、特に変化しやす
い温度条件下において、大きな風洞に適応性の壁を使用
するのは、機械的な複雑さのためにかなり困難になる。
スライド式平板からなる境界面を有する可撓性の８角形
の壁を組合わせて使用することによって、これらの壁に
よる干渉が明確に減少されるが、この利点は大きな機械
的な困難を伴う。さらに、これらの可撓性の８角形の壁
は、超音速域における適合性がテストされていない。

【０００５】複数の壁のそれぞれに長手方向のスロット
を有する遷音速風洞は、定期刊行物である“Flugwiss.
Weltraumforschung”の１９８２年のＮｏ．６における
３９８〜４０８頁から公知である。ここでは、壁干渉を
減少させるために、壁の内側に形成されたスロットに
は、１．７５ｍｍの幅を有する狭いギャップを残して、
薄いアルミニウム製のストライプが接着されている。こ
の公知の風洞においては、テスト模型に対する個々の適
応は不可能である。さらに、前記薄いアルミニウム製の
ストライプは、その形状において充分に安定したもので
はない。

【０００６】ドイツ特許第35 24 784 C2号は、孔が形成
された壁を備えた遷音速風洞を開示している。ここで
は、前記壁の後方にプレートが設けられており、該プレ
ートを調節することによって壁干渉を最少化できるよ
う、前記壁に対する前記プレートの距離を変化できるよ
うになっている。

【０００７】しかし、上述した従来の技術のすべては、
風洞を広範囲に変更することを必要とするという問題点
を有し、その結果、風洞を改善するのが困難または不可
能であった。この発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、テスト部の中央部分の空気力学的状況が自由飛行条
件（すなわち、気流を制限する壁が無い場合の条件）と
充分な程度同一となるよう、テスト部の壁における気流
条件が制御することによって、壁干渉を解消し、これに
より、テスト模型を高精度でテストできるようにした風
洞を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明に係る風洞は、テスト部を包囲していて、
各々がその長手方向に形成されたスロットを有する壁を
具備した風洞であって、可撓性の底部を備えていてその
側部が閉塞された溝が、前記スロットの後方に設けられ
ており、さらに、前記溝の前記可撓性の底部の形状を変
化させ、前記底部を所望の位置に保持するための調節部
材が設けられていることを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】この発明の風洞は、すべての壁の通常の動きつ
まり変形を利用する代りに、わずかな数の可撓性のプレ
ートを備えており、各前記プレートが、風洞のテスト部
と平行に延びた溝の底部を形成している。流動を計算す
るための境界条件が正確に定義され認知されるよう、こ
れらの溝は固定された側壁を有する。前記溝の数に関し
て、前記テスト部は、スロットを形成した従来のテスト
部と同様になっている。風洞の壁内において、前記可撓
性のプレートは、それぞれ、変形可能になっている。原
則として、前記プレートの変形つまり動きによってカバ
ーされる距離は、テスト部の幅または高さのわずか数パ
ーセントであり、その正確な値は、マッハ数ならびにテ
スト模型のサイズおよび形状に応じて決まる。前記溝の
幅および数は、所望の効果を得るには充分大きくなけれ
ばならない。典型的には、１つの壁につき３つから６つ
の溝が設けられ、壁の面積に対する全開口面積は３％以
上、好ましくは、５％である。溝の深さー幅比率が大き
くなりすぎない限り、特定の条件下において、これら以
外の値を採用してもよい。

【００１０】風洞の壁による三次元の効果を減少させる
ため、４つの壁のすべてには、調節可能な底部またはイ
ンレットプレートを有する溝が設けられている。平行し
た側壁間においてインレットプレートが妨害無く動くこ
とができるよう、前記溝は矩形断面を有するのが好まし
い。前記溝における可撓性を有する前記インレットプレ
ートは、リニアドライブおよびカム等からなる構成によ
って変形される。各インレットプレートに前記調節部材
を適用する箇所の数は、最良の効果を得るために最適な
数としなければならないが、１個から１０個あまりであ
る。その位置精度は、壁の開口面積に逆比例し、従っ
て、完全壁よりかなり容易に達成される。

【００１１】前記可撓性のプレートの最適な変形は、経
験により、または、特別な計算方法に従って決定するこ
とができる。容易に満足ゆく結果を得るための方法は、
テスト模型に関するいわゆるエリアルール（面積法則）
を利用して風洞の空気力学的妨害効果を補償することで
ある。さらに、適当な圧力差つまりテスト模型の上昇に
よって与えられるデータを使用して、前記溝を調節して
テスト模型の上昇によって発生する壁干渉を補償するこ
とである。そして、閉塞されたテスト部の壁に関して使
用される適当な計算プログラムによって、残留補正を行
うことができる。

【００１２】前記可撓性のプレートの位置を調節するた
めのより精巧な方法は、テスト模型の周囲に設けられた
多数の制御点における残留効果を最少化することに基づ
いた最適化プロセスにおいて、壁干渉プログラムの１つ
を使用するものである。

【００１３】この発明には次のような利点がある。あら
ゆる形状のテスト模型およびテスト部について、超音速
マッハ数における三次元の壁干渉を完全に解消すること
ができる。既存の数学的な方法によって、残留補正の計
算が可能である。調節精度および位置決め反復性が、高
いレベルに維持され得る。少ないエネルギ損失によっ
て、エネルギ消費が少なくてすむ。空気力学的ノイズが
減少する。

【００１４】様々な幾何学的形状のテスト部を有する多
数の既存の風洞に対して、簡単で、段階的で、可逆的な
変更が可能である。実現または変更のためのコストが、
その他の既知の風洞（例えば適応性壁を有する風洞）よ
り安い。テスト部の壁におけるウィンドウおよび同様な
壁設備を維持できる。模型テスト時において、溝の深さ
をゼロにまで減少させることによって、基準となる中実
壁に関する条件との間における即時の空気力学的比較が
可能である。

【００１５】風洞が可撓性のノズルを備えている場合、
良好な超音速条件を確立することができる（しかしなが
ら、テスト模型における衝撃反射のため、マッハ１のす
ぐ近辺ではできない）。

【００１６】前記溝は、渦巻き運動を発生することを目
的とするものではなく、理論的なアプローチを簡略化す
るため、ほぼ非粘性の流動を実現することを目的とする
ものである。この目的のため、前記溝は、その底部がエ
ントリー側から連続的に且つ着実に傾斜するような形状
にセットされるのが好ましい。前記溝とテスト部とによ
って形成される縁部の半径は、エントリー側におけるゼ
ロ半径から、テスト物体よりわずかに上流側の箇所にお
ける最大半径に、大きくなっている。このようにして、
境界層はがれを制御することが可能になる。前記可撓性
のプレートにわずかな多孔度をもたせ、該プレートの後
方に真空状態を作り出して境界層吸引力を発生すること
によって、渦巻き運動を減少させる場合、さらなる改良
が実現可能になる。テスト部にスロットが形成された従
来の壁において、テスト部の下流側に配置されたフラッ
プがいわゆる“プレナム吸引”を行うため適度に開かれ
ることによって、真空状態が発生される。前記プレート
の変形に比べて、上述した多孔度は２次の流動摂動を発
生する。

【００１７】この発明は、亜音速風洞、および、特に音
速域で動作する遷音速風洞に適用可能であるが、超音速
風洞にも適用可能である。この発明によって実現され
る、テスト部における流動に対する壁効果の抑制は、気
体流動が例えば−１００〜−２００℃の低い温度を有す
るKryo風洞でも実現される。

【００１８】

【実施例】以下、添付図面を参照してこの発明を詳述す
る。図１において、風洞１０のテスト部の空間は、４つ
の壁、つまり、底壁１１、上壁１２および２つの側壁１
３、１４によって形成されている。この実施例による
と、前記壁１１〜１４は、矩形断面の空間を包囲する平
坦な壁である。この風洞１０内において、例えば飛行機
模型などのテスト模型１５は、前記壁から離隔して固定
されている。明確さのため、このテスト模型１５を固定
するための保持装置は、図１において図示が省略されて
いる。風の方向は矢印１７で示されている。

【００１９】前記風洞の壁１１〜１４が流動条件に及ぼ
す影響を減少させるため、前記壁１１〜１４には、前記
テスト部の全長にわたって長手方向に延びるスロットが
形成されている。該スロットは、例えば、前記テスト部
の幅が２．４ｍである場合、約２〜１０cmの幅を有する
ものである。図示例において、各前記壁は、３つのスロ
ット１８を有する。各スロット１８の後方つまり外方に
は、２つの閉塞された剛性の側壁２０を有するＵ字状の
溝１９が設けられている。前記側壁２０は、溝底壁２１
によって連結されており、前記スロット１８の縁部から
後方に延びている。

【００２０】各前記溝１９には、前記溝底壁２１より内
方において、一方の側壁２０から他方の側壁２０に延び
た可撓性の長尺底部２２が設けられており、該底部２２
が、前記溝１９をその幅方向に閉塞している。前記底部
２２は、金属、プラスチックまたはその他の可撓性材料
からなるものである。また、前記底部２２は、その溝底
壁２１からの距離が、長手方向に全体的に変化すること
なく局部的に変化可能に、前記溝１９内に設けられてい
る。

【００２１】図３は、前記溝底壁２１にそれぞれ支持さ
れ、前記底部２２の外方側に係合した一列のリニア調節
装置２３を示す。各前記リニア調節装置２３は、前記溝
底壁２１に対する底部２２の距離を変化できるよう、異
なる伸縮位置にセット可能になっている。こうして、前
記リニア調節装置２３を適当にセットすることによっ
て、前記溝１９内における底部２２の所望の撓みを実現
できるようになっている。前記リニア調節装置２３が完
全伸張位置にあるとき、前記底部２２は前記テスト部の
各々の壁と面一となり、この場合、平坦な壁面が提供さ
れる。

【００２２】図３の実施例において、前記底部２２は、
多孔性の材料からなるプレートからなるものである。ま
た、前記溝１９内には、前記溝から気体を吸出すための
吸引装置２４が設けられている。前記溝１９はその各側
部が閉塞されているので、前記多孔性のプレート２２を
貫通する方向に吸引力が発生する。これによって、前記
底部２２の表面に形成された境界層が吸出される。図４
は、溝１９の縁部２５、すなわち、前記壁１１とそれに
隣接する側壁２０との間の角部分を示す。前記縁部２５
は円弧状の断面を有し、その円弧の半径ｒは、前記テス
ト部の上流側端部２６においては略ゼロであり、流動方
向において連続的に大きくなっている。前記テスト模型
の直ぐ前方の位置２７において、前記縁部の半径ｒは、
前記テスト部の約２．４ｍの幅に応じた、約１０mmの最
大値となっている。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、この発明によると、テス
ト部の壁において、可撓性の底部を備えその側部におい
て閉塞された溝が、スロットの後方に設けられており、
さらに、前記溝の前記底部の形状をそれぞれ変化させ、
該底部を所望の位置に保持するための調節部材が設けら
れている。このような構成によって、三次元の壁干渉が
完全に解消され、テスト模型に対するテストを高精度で
行うことができる、という優れた効果を奏する。

【図面の詳細な説明】

【図１】この発明に係る風洞のテスト部の斜視図。

【図２】風洞のテスト部の壁に形成されたスロットとそ
の後方に形成された溝を示す斜視図。

【図３】図２のIII−III線断面図。

【図４】流動方向に縁部半径が大きくなっている溝縁部
を示す斜視図。

【符号の説明】

１１、１２、１３、１４ 壁 １８ スロット １９ 溝 ２２ 底部 ２３ 調節部材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 テスト部を包囲していて、各々がその長
   手方向に形成されたスロット（１８）を有する壁（１
   １、１２、１３、１４）を備えた風洞であって、 可撓性の底部（２２）を備えていてその側部において閉
   塞された溝（１９）が、前記スロット（１８）の後方に
   設けられており、さらに、前記溝（１９）の前記可撓性
   の底部（２２）の形状をそれぞれ変化させ、前記底部
   （２２）を所望の位置に保持するための調節部材（２
   ３）が設けられていることを特徴とする風洞。
2. 【請求項２】 前記スロット（１８）の縁部（２５）
   が、その長手方向に変化する縁部半径を有し、該縁部半
   径は、前記スロット（１８）の長手方向における少なく
   とも１つの領域において、流動方向に大きくなっている
   請求項１に記載の風洞。
3. 【請求項３】 前記可撓性の底部（２２）の少なくとも
   １つが多孔性または孔が形成されたものであり、前記底
   部（２２）の後方において、吸引効果が発生されるよう
   になった請求項１に記載の風洞。
4. 【請求項４】 前記スロット（１８）が、前記壁の面積
   の少なくとも３％を占めるものである請求項１に記載の
   風洞。
5. 【請求項５】 前記溝（１９）が固定された側壁（２
   ０）と固定された溝底部（２１）とを有し、前記可撓性
   の底部（２２）が前記溝底部（２１）の上方に設けられ
   ている請求項１に記載の風洞。