JPH0719993A - 吹出式風洞の運転制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 操作員の経験にかかわらず、貯気槽の圧力、
加熱器の温度および真空槽の圧力を同時に所定の値に到
達させて、常に効率のよい運転を実現することができる
ようにする。 【構成】 貯気槽の圧力信号を入力して所定の圧力まで
昇圧するための昇圧時間を推定する空気圧縮器モデル２
１、加熱器の出口温度を所定の温度まで加熱するための
加熱時間を推定する加熱器モデル２２および真空槽の圧
力信号を入力して所定の圧力にするために必要な排気時
間を推定する真空排気装置モデル２３を有し、これら各
モデル２１，２２，２３から出力される各時間のうちの
最長時間を高位信号選択器２４で選択し、その選択され
た時間とタイマ２６から出力される現在時刻とを加算し
て最短通風時刻を出力するように構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、一般に極超音速風洞
のような高マッハ数の空力試験を行う場合に使用される
吹出式風洞の運転制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、この種の吹出式風洞の一般的な
構成を示す図であり、同図において、１は貯気槽で、空
気圧縮器１Ａを介して高圧の圧縮空気が充填される。３
は調圧弁で、上記貯気槽１内の高圧の圧縮空気が高圧導
管２を経て導かれ、外部からの信号により調整された弁
開度に応じて一定の圧力に減圧される。４は加熱器であ
り、通過する圧縮空気を加熱する。５は集合胴、６はノ
ズル、７は測定部であり、上記調圧弁３で一定の圧力に
減圧された圧縮空気は、これら加熱器４、集合胴５、ノ
ズル６および測定部７を経由して真空槽８の内部へ放出
される。上記真空槽８は真空排気装置８Ａを介してその
内部が所定の真空度にされる。なお、ａは加熱器４の出
口を締め切るための遮断弁、ｂは測定部７を出た空気を
冷却するための冷却器である。また、上記加熱器４によ
る空気加熱は、通例８００℃〜１０００℃程度で、高マ
ッハ数の空力試験を行う風洞において、加速にともなう
空気温度の低下により、空気が液化することを防止する
ものである。

【０００３】上記のような風洞においては、貯気槽１に
貯えられた圧縮空気のみで通風し、かつ通風中の空気の
すべてを真空槽８の内部に放出するため、通風時間が通
例で数秒から数十秒程度の極く短時間に制限されてお
り、その間にすべての計測を終了しなければならない。
また、通風により貯気槽１の内部の圧縮空気を放出して
真空槽８の圧力を上昇させた後、再試験のために貯気槽
１を再充填して真空槽８を再び所定の真空にするために
は、数時間オーダーの多大な時間を要する。さらに、こ
のような高マッハ数の空力試験を行う風洞では、気流の
マッハ数がノズル６の形状で決定されるため、特別な制
御装置は装備してなくて、所要のマッハ数に応じてノズ
ル６を交換するのが通例である。

【０００４】ところで、この種の吹出式風洞において
は、運転の前に、空気圧縮器１Ａを介して高圧の圧縮空
気を貯気槽１に充填すること、加熱器４をバーナ４Ａに
より加熱すること、および真空槽８を真空排気装置８Ａ
により所定の真空度にすることが必要である。従来の風
洞にあっては、これらの運転制御装置がすべて個別に設
けられていたため、操作員が空気圧縮器１Ａの起動・停
止、加熱器４におけるバーナ４Ａの点火・消火および真
空排気装置８Ａの起動・停止をそれぞれ個別的に行って
いた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したような従来の
吹出式風洞の運転制御装置では、運転に際して多大な手
数および時間を要するばかりでなく、空気圧縮器１Ａに
おいては、充填開始時の貯気槽１の圧力と所定の通風に
必要な圧力との差によって充填時間が異なり、加熱器４
のバーナ４Ａにおいては、加熱開始時の加熱器４の温度
と所定の通風に必要な温度との差によって加熱時間が異
なり、また真空排気装置８Ａにおいては、運転前の真空
槽８の圧力（真空度）と所定の通風に必要な圧力（真空
度）との差によって排気時間が大きく異なる。

【０００６】ところで、風洞の運転面から考えてみる
と、上記した運転前の各動作が通風直前に所定の目標値
に達することが最も効率的で、通風と次の通風との間の
時間が最も短くなり、無駄な運転による損失を最小にす
ることができる。特に、加熱器４においては、加熱終了
後の放置時間が長ければ長いほど自然冷却により内部温
度が低下するだけでなく、内部の温度分布が悪化するな
どの問題がある。これらの点からみて、通風直前に所定
の目標値に達するような効率的な運転制御が望ましいけ
れども、そのためには、各機器が所定の圧力、温度に到
達するまでの時間を予測する必要がある。

【０００７】従来の吹出式風洞の運転制御装置では、上
記のような予測を操作員の経験に依存しているために、
必ずしも同時に目標値に到達せず、最短時間間隔での通
風を行うことがむずかしい。また、操作員の経験の差に
よって、運転に要する時間の差異が大きく、多くの運転
ロスを招いていた。

【０００８】この発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、操作員の経験にかかわらず、初心者でも未熟練者で
も、圧力、温度および真空度を同時に所定の目標値に到
達させて効率的な運転を実現することができる吹出式風
洞の運転制御装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の請求項１に係る吹出式風洞の運転制御装
置は、貯気槽に貯えた高圧の圧縮空気を調圧弁を通し、
かつ加熱器により加熱してノズルを通して真空槽へ吹き
込むようになされた吹出式風洞の運転制御装置におい
て、上記貯気槽の圧力を検出し貯気槽圧力信号として出
力する貯気槽圧力検出発信器と、上記加熱器の出口温度
を検出し加熱器出口温度信号として出力する温度検出器
と、上記真空槽の圧力を検出し真空槽圧力信号として出
力する真空槽圧力検出発信器と、上記貯気槽圧力信号を
入力して貯気槽圧力を通風に必要な圧力まで上昇させる
ための昇圧時間を演算し出力する空気圧縮機モデルと、
上記加熱器出口温度信号を入力して加熱器を通風に必要
な温度まで加熱させるための加熱時間を演算し出力する
加熱器モデルと、上記真空槽圧力信号を入力して真空槽
圧力を通風に必要な圧力まで下げるための排気時間を演
算する真空排気装置モデルと、上記各モデルから出力さ
れる昇圧時間、加熱時間および排気時間のうち最長の時
間を選択する高位信号選択器と、各時点における現在時
刻を出力するタイマと、上記高位信号選択器から出力さ
れる所要時間と上記タイマから出力される現在時刻とを
加算して最短通風時刻を出力する加算器とを備えたもの
である。

【００１０】また、この発明の請求項２に係る吹出式風
洞の運転制御装置は、通風予定時刻を設定する通風時刻
設定器と、上記空気圧縮器モデルから出力される昇圧時
間を通風予定時刻から減算して空気圧縮器の起動時刻を
演算し出力する第１の減算器と、上記加熱器モデルから
出力される加熱時間と通風予定時刻から加熱器の加熱開
始時刻を演算する第２の減算器と、上記真空排気装置モ
デルから出力される排気時間から通風予定時刻から減算
して真空排気装置の起動時刻を演算する第３の減算器
と、上記タイマから出力される現在時刻と上記空気圧縮
器の起動時刻を比較して起動時刻に到達した時点で空気
圧縮器の起動信号を出力する第１の比較器と、上記タイ
マから出力される現在時刻と上記加熱器の加熱開始時刻
とを比較して加熱器の加熱信号を出力する第２の比較器
と、上記真空排気装置の起動時刻と上記タイマから出力
される現在時刻とを比較して真空排気装置の起動信号を
出力する第３の比較器とを備えているものである。

【００１１】

【作用】この発明の請求項１によれば、貯気槽の圧力が
通風に必要な所定の圧力になるまでに要する昇圧時間
と、上記加熱器の出口温度が通風に必要な所定の温度に
なるまでに要する加熱時間と、真空槽圧力が通風に必要
な所定の圧力になるまでに要する排気時間をそれぞれ演
算し、それら各時間のうち最長の時間を選択し、その選
択された時間と各時点における現在時刻とを加算して最
短通風時刻を求め、それを表示させることにより、操作
員はその最短通風時刻を目標として運転開始時刻に達し
た機器から順次運転開始指令を与える。これによって、
風洞の運転に経験のない、あるいは経験の少ない操作員
であっても、所定のスケジュールにしたがって最も効率
のよい運転制御を行うことが可能である。

【００１２】また、請求項２によれば、上記のようにし
て演算した各時間から通風予定時刻を減算して各機器の
起動信号を出力し、それら各信号の出力に応じて各機器
を起動させることにより、設定した通風予定時刻におい
て、圧力、温度および真空度がすべて所定の目標値に到
達することになり、最も効率のよい運転制御が自動的に
確実に実現されることになる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面にもとづい
て説明する。なお、吹出式風洞の一般的な構成は、図４
に示す通りであるため、省略する。ただし、以下の説明
においては、図４に示す構成に付した符号を付して、説
明する。

【００１４】図１は、この発明の一実施例による吹出式
風洞の運転制御装置の構成を示すブロック図であり、同
図において、１１は貯気槽１の圧力を検出し貯気槽圧力
信号ＰT として出力する貯気槽圧力検出発信器、１２は
加熱器４の出口温度を検出し加熱器出口温度信号として
出力する温度検出器、１３は真空槽８の圧力を検出し真
空槽圧力信号として出力する真空槽圧力検出発信器であ
る。

【００１５】２１は空気圧縮器モデルで、この空気圧縮
器モデル２１は容積型空気圧縮器の特性を数式化したも
のであり、貯気槽圧力検出発信器１１から出力される貯
気槽圧力信号ＰT と目標圧力ＰS とから下記（１）式に
より昇圧時間ＴC を演算する。 ＴC ＝ＫT ・（ＰS −ＰT ）……………（１） ここで、ＫT は貯気槽１の容積および空気圧縮器の容量
により与えられる定数である。

【００１６】２２は加熱器モデルで、この加熱器モデル
２２は加熱器４を燃焼ガスで加熱したときの特性を示す
ものであり、上記空気圧縮器モデル２１と異なり、数式
表現が困難なため、図２のような実機特性を使用し、加
熱器温度信号から燃焼時間を推定する。

【００１７】２３は真空排気装置モデルで、この真空排
気装置モデル２３は真空排気装置８Ａの特性を数式化し
たものであり、真空槽８の圧力ＰV の目標値ＰVSから下
記の（２）式により排気時間ＴV を推定する。 ＴV ＝ＴT ・１ｎ（ＰV ／ＰVS）……………（２） ここで、ＴT は真空槽８の容積および真空排気装置８Ａ
の性能から与えられる定数である。また、ｌｎ（ＰV ／
ＰVS）はＰV ／ＰVSの自然対数を表す。

【００１８】２４は高位信号選択器で、上記空気圧縮器
モデル２１、加熱器モデル２２および真空排気装置モデ
ル２３からそれぞれ出力される昇圧時間ＴC 、燃焼時間
および排気時間ＴV が入力され、これらの時間の中から
最も長い時間、すなわち、次回の通風のための準備に必
要な時間が選択される。２６はタイマ、２５は加算器
で、上記高位信号選択器２４で選択された所要時間に対
し、タイマ２６から出力される現在時刻を加算器２５に
より加算することにより、次回の通風のための準備が完
了する時刻、すなわち、次回の最短通風時刻が求められ
る。

【００１９】２７は表示器で、上記加算器２５から出力
される次回の最短通風時刻を表示して、操作員に伝達す
る。この表示により、操作員は過去の経験の有無にかか
わらず、最短の次回通風時刻を知ることができ、この時
刻を目標に通風の準備を進めていくことにより、効率の
良い風洞運転を実現することが可能となる。また、後述
のように、最短通風時刻の信号を使用して、自動的に各
機器を運転すれば、表示器２７を省くことができる。

【００２０】図３は、この発明の他の実施例による吹出
式風洞の運転制御装置の構成を示すブロック図であり、
同図において、１１〜１３、２１〜２３、２６は図１に
示す実施例と同一のため、該当部分に同一符号を付し
て、それらの詳しい説明を省略する。

【００２１】３１〜３３は第１〜第３の減算器で、第１
の減算器３１は、上記空気圧縮器モデル２１から出力さ
れる昇圧時間ＴC を入力し、次回の通風予定時刻を設定
する通風時刻設定器２８から出力される通風予定時刻か
ら減算することにより、通風予定時刻に昇圧が完了する
ために空気圧縮器１Ａを起動すべき時刻を演算する。第
２の減算器３２は、加熱器４のバーナ４Ａの点火時刻、
すなわち、加熱開始時刻を演算する。また、第３の減算
器３３は、上記と同様にして真空排気装置８Ａの起動時
刻を演算する。

【００２２】４１〜４３は第１〜第３の比較器で、上記
第１〜第３の減算器３１〜３３で求めた起動もしくは加
熱開始時刻とタイマ２６から出力される現在時刻とを比
較することにより、空気圧縮器１Ａ、加熱器４のバーナ
４Ａおよび真空排気装置８Ａの起動もしくは加熱開始タ
イミングを与える起動信号もしくは加熱信号を出力す
る。５１〜５３は表示灯で、上記起動信号もしくは加熱
信号により点灯して、操作員に各機器の操作を促す。

【００２３】以上の各実施例に説明したように、貯気槽
圧力信号ＰT にもとづいた空気圧縮器モデル２１、加熱
器出口温度による加熱器モデル２２および真空槽８の圧
力ＰV にもとづいた真空排気装置モデル２３により、各
機器の運転準備に必要な時間を推定することで、常に効
率的な運転を実現することが可能である。

【００２４】なお、この発明の運転制御装置は、公知の
アナログ電子回路を組合せて実現できるが、その一部も
しくは全部の演算を電子計算機で行わせるようにして
も、上記実施例と同様な効果を奏する。

【００２５】また、上記実施例においては、通風時刻設
定器２８を使用したが、加算器２５により得られる次回
の最短通風時刻を示す信号をそのまま用いてもよい。さ
らに、起動信号もしくは加熱信号で表示灯５１〜５３を
点灯して、その後の操作を操作員にゆだねないで、これ
らの信号を各機器に伝送して、各機器の運転を自動的に
行なうようにしてもよい。

【００２６】さらに、上記各実施例では、比較的簡単な
空気圧縮器モデル、加熱器モデルおよび真空排気装置モ
デルを使用したが、各種設計データにもとづく詳細なモ
デルを使用することにより、さらに効率のよい運転を実
現することができる。また、各モデルについては、例え
ば空気温度、貯気槽温度、真空槽温度などの検出信号を
加えることにより、一層精確な運転制御が可能である。
また、加熱器４については、その内部温度を計測するた
めの検出器を複数個設置することにより、精確な加熱時
間を推定することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１によ
れば、貯気槽の圧力が通風に必要な所定の圧力になるま
でに要する昇圧時間と、上記加熱器の出口温度が通風に
必要な所定の温度になるまでに要する加熱時間と、真空
槽圧力が通風に必要な所定の圧力になるまでに要する排
気時間をそれぞれ演算し、それら各時間のうち最長の時
間を選択し、その選択された時間と各時点における現在
時刻とを加算して最短通風時刻を求め、それを表示させ
ることにより、操作員はその表示にもとづいて、運転開
始時刻に達した機器から順次運転開始指令を与えること
ができる。したがって、風洞の運転に経験のない、ある
いは経験の少ない操作員であっても、所定のスケジュー
ルにしたがって最も効率のよい運転制御を行なうことが
でき、データ生産性、経済性の向上を図ることができ
る。

【００２８】また、請求項２によれば、最短通風時刻を
予測するとともに、設定した通風予定時刻に貯気槽圧
力、加熱器温度および真空槽圧力を所定の値に到達させ
ることができるため、操作員の経験にかかわらず常に効
率のよい運転を確実に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による吹出式風洞の運転制
御装置の構成を示すブロック図である。

【図２】加熱器を燃焼ガスで加熱したときの実機の特性
図である。

【図３】この発明の他の実施例による吹出式風洞の運転
制御装置の構成を示すブロック図である。

【図４】吹出式風洞の一般的な構成図である。

【符号の説明】

１ 貯気槽 １Ａ 空気圧縮器 ４ 加熱器 ４Ａ バーナ ８ 真空槽 ８Ａ 真空排気装置 １１ 貯気槽圧力検出発信器 １２ 温度検出器 １３ 真空槽圧力検出発信器 ２１ 空気圧縮器モデル ２２ 加熱器モデル ２３ 真空排気装置モデル ２４ 高位信号選択器 ２５ 加算器 ２６ タイマ ２７ 表示器 ２８ 通風時刻設定器 ３１，３２，３３ 減算器 ４１，４２，４３ 比較器 ５１，５２，５３ 表示灯

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貯気槽に貯えた高圧の圧縮空気を調圧弁
   を通し、かつ加熱器により加熱してノズルを通して真空
   槽へ吹き込むようになされた吹出式風洞の運転制御装置
   において、上記貯気槽の圧力を検出し貯気槽圧力信号と
   して出力する貯気槽圧力検出発信器と、上記加熱器の出
   口温度を検出し加熱器出口温度信号として出力する温度
   検出器と、上記真空槽の圧力を検出し真空槽圧力信号と
   して出力する貯気槽圧力検出発信器と、上記貯気槽圧力
   信号を入力して貯気槽圧力を通風に必要な圧力まで上昇
   させるための昇圧時間を演算し出力する空気圧縮機モデ
   ルと、上記加熱器出口温度信号を入力して加熱器を通風
   に必要な温度まで加熱させるための加熱時間を演算し出
   力する加熱器モデルと、上記真空槽圧力信号を入力して
   真空槽圧力を通風に必要な圧力まで下げるための排気時
   間を演算する真空排気装置モデルと、上記各モデルから
   出力される昇圧時間、加熱時間および排気時間のうち最
   長の時間を選択する高位信号選択器と、各時点における
   現在時刻を出力するタイマと、上記高位信号選択器から
   出力される所要時間と上記タイマから出力される現在時
   刻とを加算して最短通風時刻を出力する加算器とを備え
   たことを特徴とする吹出式風洞の運転制御装置。
2. 【請求項２】 通風予定時刻を設定する通風時刻設定器
   と、上記空気圧縮器モデルから出力される昇圧時間を通
   風予定時刻から減算して空気圧縮器の起動時刻を演算し
   出力する第１の減算器と、上記加熱器モデルから出力さ
   れる加熱時間と通風予定時刻から加熱器の加熱開始時刻
   を演算する第２の減算器と、上記真空排気装置モデルか
   ら出力される排気時間から通風予定時刻から減算して真
   空排気装置の起動時刻を演算する第３の減算器と、上記
   タイマから出力される現在時刻と上記空気圧縮器の起動
   時刻を比較して起動時刻に到達した時点で空気圧縮器の
   起動信号を出力する第１の比較器と、上記タイマから出
   力される現在時刻と上記加熱器の加熱開始時刻とを比較
   して加熱器の加熱信号を出力する第２の比較器と、上記
   真空排気装置の起動時刻と上記タイマから出力される現
   在時刻とを比較して真空排気装置の起動信号を出力する
   第３の比較器とを備えている請求項１の吹出式風洞の運
   転制御装置。