JPH075066A - 風洞試験模型のロール規制装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 風洞試験模型の問題点を解消することの出来
る風洞試験模型のロール規制装置を提供することを目的
とする。 【構成】 風洞内に固定設置される模型支持装置６まわ
りに回動自在に風洞試験模型５を取り付け、風洞試験模
型５の回動面若しくはこの近傍に模型の回動を規制する
ための振れ止め材４を固着し、模型支持装置６には風洞
外からの制御により作動し前記振れ止め材４と係合し風
洞試験模型５と模型支持装置６とを一体化し、若しくは
所定のロール角以上のロール運動を止めるストッパ１お
よびストッパの駆動装置を設けた。 【効果】 風洞起動時には風洞試験模型と模型支持装置
との間に生じるロール運動を止め、気流整定後にはロー
ルフリーの状態でフラッタ試験が行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、風洞内に固着された模
型支持装置まわりに回動自在に風洞試験模型を取付け、
風洞試験模型の横揺れ（以下ロールという）を自由にし
て行うフラッタ風洞試験等に使用する風洞試験模型のロ
ール規制装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】航空機の主翼の弾性復元力、慣性力、空
気力などが関連して、動的不安定となり調和振動が持続
する現象をフラッタとよび、このフラッタが発生する下
限の速度をフラッタ速度と呼称している。このフラッタ
速度を越えると主翼等はたちまち破壊し、航空機が空中
分解して大事故となる。過去にも悲劇的事故を起した有
名な航空機がある。図８に航空機の主翼フラッタ風洞試
験結果の一例として主翼曲げ、捩り振動のタイムヒスト
リーに示す。同図において（１）は主翼曲げ振動（２）
は主翼ねじり振動（何れも振動検出用ひずみゲージの出
力）を示す。図８（ａ）では振動は発生するが時間の経
過とともに振動振幅は減衰してフラッタが発生しない場
合を示し、図８（ｂ）は、発生した振動は時間の経過と
ともに振動振幅が増大し遂にはフラッタが発生する場合
を示している。この様なフラッタ現象の発生を風洞試験
において確認するための従来のフラッタ風洞試験模型に
おいては、ロールの自由度が付与されない状態で風洞内
に設置され試験が行われていた。実機がロールフリーの
状態で飛行し、フラッタ現象の確認のためにはロール自
由度が付与された状態で試験した方がより実機を模擬
し、試験データの精度向上に寄与するにも拘わらずロー
ル拘束の状態で試験を行わざるを得なかった理由として
次のものが掲げられる。

【０００３】（１）フラッタ模型は幾何学的な外形形状
を実機に相似させることは勿論のこと、模型の質量、慣
性モーメント、重心位置等の質量特性並びに剛性特性を
実機と相似させる必要があり、設計製作調整等に多大の
期間と費用とを要し非常に高価なものとならざるを得な
い点があるほかに、ロールフリーにするためのベアリン
グ等の模型組み込みに困難性が存在した。

【０００４】（２）ロールフリーの模型が製作されたと
しても、フラッタ試験を行う場合、風洞の起動時に発生
する流れの非定常により、フラッタを発生して模型を破
損することがある。模型の破損は前記の通りその再調製
に多大の期間と費用を要するほか、風洞の使用スケジュ
ールをガタガタにしてしまい開発スケジュールに支障を
来すことになる。このため風洞の起動時においては、模
型の自由度を拘束しておく必要があるほか、風洞試験中
に実際にフラッタが発生した場合、過大な振動により模
型が破損するのを防止するためロール運動を停止させる
装置が必要であるが、前記の通り模型製作の複雑さか
ら、これらの装置を製作することは困難であった。

【０００５】なお、従来のロールの自由度が付与されて
ない風洞試験模型においては、風洞試験にフラッタが発
生して振動が激しくなった場合は、図９に示すように風
洞外から主翼３８の上下面に索（系）３９をあらかじめ
上下に張っておき、風洞試験中の模型の挙動を監視して
いる作業者４０が、この索３９を引張って模型の運動を
抑制するような簡単な方法、即ち模型の外部に設けられ
たものが採用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来実現が
困難であったロールフリー支持方式でのフラッタ風洞試
験を実現するため、風洞内に固定された模型支持装置に
回動自在に取り付けられた風洞試験模型に風洞起動時、
若しくはフラッタ速度を越える気流中で発生する振動を
規制し、より実機を模擬できる状態で風洞試験を行うこ
とのできる風洞試験模型のロール規制装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の風洞
試験模型のロール規制装置は、風洞試験模型が回動自在
に取り付けられる模型支持装置に収容され、風洞起動時
若しくはフラッタが発生したとき風洞試験模型に設けら
れた振れ止め材の位置までストッパの作動面を駆動装置
により移動させ、振れ止め材と係合して風洞試験模型の
ロール運動を風洞内に固定されている模型支持装置で規
制することを第１の手段とした。

【０００８】また、本発明の風洞試験模型のロール規制
装置は、第１の手段において駆動装置をサーボモータ駆
動のボールねじとし、該ボールねじに螺合したストッパ
の楔状の作動面を振れ止め材に形成した切欠部に嵌合さ
せ、風洞試験模型のロール方向の運動を完全に模型支持
装置に固定し、又は作動面を切欠部の近傍迄移動させて
風洞試験模型と模型支持装置とのロール方向の変位量を
規制するようにした。

【０００９】また、本発明の風洞試験模型のロール規制
装置は、上記第２の手段においてストッパの作動面の移
動量を入力するパソコンと、パソコンから出力される作
動面の移動量信号とサーボモータの現況を検出するエン
コーダからの信号によりパソコンに指令された移動量を
満足させるためには作動面をどの様に動かせば良いかを
計算してその作動信号をサーボモータに出力するととも
に、作動面の移動範囲からの暴走を防止するため作動面
の移動範囲からの逸走を検出した場合はその信号が優先
して働きサーボモータに停止する信号を出すコントロー
ルユニットとで構成される制御装置によりサーボモータ
を制御するようにした。

【００１０】また、本発明の風洞試験模型のロール規制
装置は、第１の手段において駆動装置として風洞試験模
型が回動自在に取り付けられた模型支持装置内に油圧又
は電動によって回動面に突出するロッドを設けロッドの
先端に弾性体の作動面を装着し、風洞試験模型の回動面
に形成された振れ止め材と弾性体の作動面を係合させそ
の摩擦力により風洞試験模型の模型支持装置まわりのロ
ールを規制するようにした。

【００１１】さらに本発明の風洞試験模型のロール規制
装置は第１の手段において、駆動装置として風洞試験模
型が回動自在に取り付けられる模型支持装置の内部に高
圧流体が通過する配管を設け、この配管を介して模型支
持装置の内部若しくは風洞外に設置された高圧流体源か
らの高圧流体を配管の先端に取り付けられた可撓性の作
動面に導入し、風洞試験模型の回動面に直交する方向に
作動面を膨出させて、風洞試験模型の回動面に形成され
た振れ止め材と係合させて摩擦力により風洞試験模型の
模型支持装置まわりのロールを規制するようにした。

【００１２】

【作用】上述の構成により、風洞内に固定された模型支
持装置にボールベアリング等を介在させて、回動自在に
取り付けられた風洞試験模型に発生するロール方向の運
動は風洞試験模型に設けられた振れ止め材の位置までそ
の作動面が移動したストッパと振れ止め材との係合によ
って減衰若しくは止めることができ風洞試験模型のフラ
ッタ発生に伴う破損を防止することができる。また、非
定常流発生が予測される風洞起動時には、あらかじめス
トッパと振れ止材との係合を強めて風洞試験模型の模型
支持装置まわりの回動を止めておくようにすれば、従来
のフラッタ風洞試験模型と同様の取扱いが可能となり、
流れの整定後、ストッパと振れ止め材との係合を解放す
ればより実機を模擬したフラッタ試験ができ、精度の高
い試験データの取得ができる。

【００１３】また、本発明によりサーボモータ駆動のボ
ールねじで移動する楔状の作動面を持つストッパと、作
動形状に合わせた切欠き部を持つ振れ止め材との係合に
より、風洞試験模型のロールを規制するように構成した
ものにおいては、風洞試験模型が模型支持装置まわりに
全然回動しない状態から一定ロール角までは自由に回動
する状態若しくは回動を全くフリーにする状態までの選
択ができ風洞若しくは風洞試験の状況に応じて風洞試験
模型を設置できて、より臨界的なフラッタ試験ができ
る。

【００１４】さらに、本発明によってパソコンとコント
ロールユニットとから構成される制御装置によりサーボ
モータを制御してストッパを振れ止め材に係合させ、さ
らにはストッパの暴走を防止するように構成したものに
おいては、風洞試験の自由度が増すとともに風洞試験模
型の破損をより確実に防止できる。

【００１５】さらに、本発明によりロッドによって風洞
試験模型の回動面に突出する弾性体からなる作動面を持
つストッパ、又は高圧流体により膨出させる可撓性から
なる作動面を持つストッパと風洞試験模型の回動面に設
けられる振れ止め材を係合させることによりロール規制
をする様に構成したものにおいては、装置が簡略化さ
れ、小型化ができる。また、作動機構が簡単で確実な作
動となる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の風洞試験模型のロール規制装
置を図面に示す実施例に基づき説明する。図１は本装置
の第１実施例を示す側断面図、図２は図１の作動を説明
するための斜視図、図３は図１の装置を作動させるシス
テム図、図４は図３の制御ブロック図、図５は図３の制
御フローチャートを示す。フラッタ試験に供する風洞試
験模型５には機体軸方向の回転面を構成する孔があけら
れており、この円筒形の孔に模型支持装置６が遊挿され
ている。風洞試験模型５と模型支持装置６と間にはベア
リング１８が介装され、風洞試験模型５は風洞中に固定
設置される模型支持装置６のまわりにロール運動１０が
可能にされている。風洞試験模型５側には切欠き部４’
を有する振れ止め材としての振れ止め金具４が前記回動
面が形成された孔に隣接して固定されている。模型支持
装置６側にはクサビ状の作動面１’を持つストッパ１、
ストッパ１の中央部で螺合されたボールねじ２、ボール
ねじ２を回動させるサーボモータ３、ストッパ１の両端
部に遊挿されてボールねじ２の回動に伴うストッパ１の
移動をガイドするスライド用シャフト７が設けられてお
り、ストッパ１はサーボモータ３の動力により、ボール
ねじ２を介して機体軸方向に移動９できる。風洞試験模
型５に発生するロール運動１０を停止する場合には、振
れ止め金具４の切欠き部８にクサビ形のストッパ１の作
動面を押し込み、風洞試験模型５のロール運動１０を許
容する場合には、振れ止め金具４の切欠き部８とストッ
パ１の作動面とを離すことにより行う。また、ストッパ
１の停止位置を変えることにより風洞試験模型５のロー
ル運動１０の可能な範囲（ロール運動の大きさ）を調整
することが可能である。

【００１７】図３に示すように、風洞試験のオペレータ
のパソコン１２操作によるディジタル指令１３がコント
ロールユニット１４を介してサーボモータ３に伝達さ
れ、サーボモータ３が作動して、ボールネジ２を介して
ストッパ１を移動９させることができる。また、サーボ
モータ３の回転角をエンコーダ１５にて検出し、このデ
ータをコントロールユニット１４に送って、ここでパソ
コン１２のディジタル指令１３とエンコーダ１５の検出
値とを比較してストッパ１の位置を制御する。これらの
制御ブロック図と制御フローチャートを図４，図５に示
している。また万一、サーボモータ３が暴走した場合に
は、ストッパ１の作動面の移動限界位置に設置した検出
装置としての光電スイッチセンサ１６，１７がストッパ
１の動きを検出してサーボモータ３を優先的に停止さ
せ、サーボモータ３の暴走を防止する。

【００１８】風洞試験模型５のロール運動１０を停止し
たい場合には、オペレータがパソコン１２を操作してス
トッパ１の移動量を入力し、パソコン１２からのディジ
タル指令信号１３がコントロールユニット１４を介して
サーボモータ３に伝達され、サーボモータ３を作動させ
て、ボールネジ２を介してストッパ１を指令された移動
量だけ移動９させて、振れ止め金具４の切欠部８にスト
ッパ１をはめこみ、風洞試験模型５のロール運動１０を
停止できる。

【００１９】風洞試験模型５のロール運動１０をあるロ
ール角範囲まで許容する場合には、オペレータがパソコ
ン１２を操作して、許容するロール角範囲になるストッ
パ１の移動量を入力し、そのディジタル指令１３がコン
トロールユニット１４を介してサーボモータ３に伝達さ
れ、サーボモータ３を作動させて、ボールねじを介し
て、ストッパ１を移動９させて、振れ止め金具４の切欠
部８とストッパ１とが許容するロール角範囲に対応する
距離を保持して風洞試験模型５のロール運動１０が可能
となる。

【００２０】オペレータのパソコン１２操作により、ス
トッパ１のオン・オフ的な移動も、ストッパ１のシーケ
ンシャル的（風洞起動時は、風洞試験模型５のロール運
動１０を停止し、風洞起動後ある時間経過したら風洞試
験模型５のロール運動ができるようにする）な移動も可
能である。

【００２１】次に図６にもとづき本発明の第２実施例を
説明する。図６（Ａ）は、第２実施例に係る側断面図、
図６（Ｂ）はその制御ブロック図を示す。模型支持装置
６内に収納されている、ストッパの作動面を構成する弾
性体１９（ゴムまたはプラスティック等から構成される
弾性体）、弾性体１９を風洞試験模型５の回動面に向け
て押し出すロッド２０、ロッド２０を駆動する油圧装置
またはモータ２１および風洞外から油圧装置又はモータ
２１を作動させる配線２２，スイッチ２３等から構成さ
れ、風洞試験模型５のロール運動１０を停止しようとす
る場合には、模型支持装置６の外周面から弾性体１９を
風洞試験模型５の回転面に形成された振れ止め材に向け
てつき出し、弾性体１９と振れ止め材を係合させて風洞
試験模型５のロール運動１０を停止する。

【００２２】この場合オペレータがスイッチ２３操作す
ると電気信号が配線２２を介して油圧装置またはモータ
２１に伝達され、これを作動させ、ロッド２０を介して
弾性体１９を移動２５して風洞試験模型５の内部に弾性
体１９を当てて、風洞試験模型５のロール運動１０を停
止できる。風洞試験模型５をロール運動１０させる場合
には、オペレータ２４のスイッチ２３操作により、同様
に油圧装置またはモータ２１の動力によりロッド２０を
介して弾性体１９を模型支持装置６内に引込めて、風洞
試験模型５のロール運動１０を可能とする。風洞試験模
型５の弾性体１９が当たる風洞試験模型５の回動面に形
成した振れ止め材の表面をざらざら（摩擦を大きくす
る）にしておくと、ロール運動１０停止の効果はより大
きくなる。

【００２３】次に図７にもとづき本発明の第３実施例を
説明する。図７（Ａ）は、第３実施例に係る側断面図、
図７（Ｂ）はその制御ブロック図を示す。模型支持装置
６内に収納されているストッパの作動面を構成するゴム
袋２６、配管２７、バルブ２８、高圧貯器２９、配線３
０、スイッチ３１、バルブ３２、配線３３、スイッチ３
４から構成され、風洞試験模型５のロール運動１０を停
止しようとする場合には、模型支持装置６の外側へスト
ッパの作動面としてのゴム袋２６を膨出さして、模型５
の回転面に形成されている振れ止め材に当てて、風洞試
験模型５のロール運動１０を停止するものである。

【００２４】オペレータがスイッチ３１操作すると電気
信号から配線３０を介してバルブ２８に伝達され、バル
ブ２８が開放され、風洞の外に設置された高圧ガス貯器
２９内の高圧ガスがバルブ２８、配管２７を通ってゴム
袋２６に導かれ、ゴム袋２６がふくらんで模型支持装置
６の外側へつき出し、風洞試験模型５の振れ止め材にゴ
ム袋２６を押し当てて、模型５のロール運動１０を停止
できる。風洞試験模型５をロール運動１０させる場合に
は、オペレータのスイッチ３１操作によりバルブ２８を
閉とし、他方、スイッチ３４操作により配線３３を介し
てバルブ３２を開放して配管２７、ゴム袋２６に充満し
ていたガスを放出２５してゴム袋２６を模型支持装置６
内にひっ込めて風洞試験模型５のロール運動１０を可能
とする。ゴム袋２６は、繊維等で補強されたゴム、プラ
スティック製可撓性のものとする。前述の第２実施例同
様に、風洞試験模型５の回転面に形成されたゴム袋２６
の当たる振れ止め材の表面をざらざら（摩擦を大きくす
る）にしておくと、ロール運動１０停止の効果はより大
きくなる。

【００２５】第２，第３実施例は、第１実施例と異なり
システムは簡単であるが、風洞試験模型５、ロール運動
１０の停止、ロール運動１０可能のオン・オフ的な運用
に向いており、第１実施例で説明した風洞試験模型一定
の範囲のロール運動を許容するものに適用するものには
向いていない。

【００２６】

【発明の効果】以上述べた如く本発明の風洞試験模型５
のロール規制装置によれば請求の範囲に示す構成によ
り、風洞内に固定された模型支持装置にボールベアリン
グ等を介在させて、回動自在に取り付けられた風洞試験
模型に発生するロール方向の振動を減衰させることがで
き風洞試験模型のフラッタ発生に伴う破損を防止するこ
とができる。また、非定常流発生が予測される風洞起動
時、あらかじめストッパと振れ止材とを係合させ回動を
止めておくようにすれば従来のフラッタ風洞試験模型と
同様の取扱いが可能となり、流れの整定後、ストッパと
振れ止め材との係合を解放すればより実機をより良く模
擬したフラッタ試験ができ、精度の高い試験データの取
得ができる。

【００２７】また、サーボモータ駆動のボールねじで移
動する楔状の作動面を持つストッパと、作動形状に合わ
せた切欠き部を持つ振れ止め材との係合により、風洞試
験模型のロールを規制するようにしたので、風洞試験模
型が模型支持装置まわりに全然回動しない状態から一定
ロール角までは自由に回動し若しくは回動を全くフリー
にする状態までの選択ができ風洞若しくは風洞試験の状
況に応じて風洞試験模型を設置できてより臨界的なフラ
ッタ試験が可能となる。

【００２８】さらに、パソコンとコントロールユニット
とから構成される制御装置によりサーボモータを制御し
てストッパを振れ止め材に係合させ、さらにはストッパ
の暴走を防止するようにしたので風洞試験の自由度が増
すとともに風洞試験模型の破損をより確実に防止でき
る。

【００２９】さらに、ロッドによって風洞試験模型の回
動面に突出する弾性体からなる作動面を持つストッパ、
又は高圧流体により膨出させる可撓性材からなる作動面
を持つストッパと風洞試験模型の回動面に設けられる振
れ止め材を係合させることによりロール規制をする様に
したので装置が簡略化され、小型化ができる。また、作
動機構が簡単で確実な作動となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の風洞試験模型のロール規制装置の第１
実施例を示す部分側面図。

【図２】第１実施例のロール規制を示す斜視図。

【図３】第１実施例のロール規制のための制御装置を示
す図。

【図４】図３の装置の制御ブロック図。

【図５】図３の装置の制御フローチャート。

【図６】本発明装置の第２実施例を示す図で、図６
（Ａ）は部分側断面と駆動制御装置を示す図、図６
（Ｂ）は図６（Ａ）の装置の制御ブロック図。

【図７】本発明装置の第３実施例を示す図で、図７
（Ａ）は部分側断面と駆動制御装置を示す図、図７
（Ｂ）は図７（Ａ）の装置の制御ブロック図である。

【図８】フラッタ現象を示すための主翼曲げ振動と主翼
ねじり振動で示す図であって、図８（Ａ）はフラッタの
発生しない状態を示す図、図８（Ｂ）はフラッタが発生
する状況を示す図。

【図９】従来のフラッタ試験における風洞試験模型に発
生するフラッタを停止させるための装置を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ ストッパ １’ 作動面 ２ ボールねじ ３ サーボモータ ４ 振れ止め材としての振れ止め金具 ４’ 振れ止め材の切り欠き部 ５ 風洞試験模型 ５ 模型支持装置 ７ スライド用シャフト ９ ストッパの移動方向 １０ ロール運動 １２ パソコン １３ ディジタル指令 １４ コントロールユニット １５ エンコーダ １６ 光電スイッチセンサ（前進限） １７ 光電スイッチセンサ（後退限） １８ ベアリング １９ 弾性体 ２０ ロッド ２１ 油圧装置またはモーター ２２ 配線 ２３ スイッチ ２５ ロッドの移動方向 ２６ ゴム袋 ２７ 配管 ２８ バルブ ２９ 高圧貯器 ３０ 配線 ３１ スイッチ ３２ バルブ ３３ 配線 ３４ スイッチ ３５ 放出 ３６ 風洞試験模型 ３７ 胴体 ３８ 主翼 ３９ 索 ４０ 作業者

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 軸丸 能行 名古屋市中村区岩塚町字九反所60番地の１ 中菱エンジニアリング株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 風洞内に固定された模型支持装置に設け
   られた駆動装置および該駆動装置によりその作動面の位
   置を変えるストッパと、前記模型支持装置に回動自在に
   取り付けられた風洞試験模型に固着され特定位置に保持
   された前記ストッパの作動面と係合して前記風洞試験模
   型の前記模型支持装置まわりの回動を規制する振れ止め
   材とからなることを特徴とする風洞試験模型のロール規
   制装置。
2. 【請求項２】 前記振れ止め材は模型支持装置まわりに
   回動する風洞試験模型の回動面に隣接して風洞試験模型
   に固着され切欠部が形成されており、前記駆動装置はサ
   ーボモータとこれにより回動させられるボールねじとで
   構成され、前記ストッパは前記ボールねじの回動により
   前記風洞試験模型の回動軸方向に移動する楔状の作動面
   を具え、前記ストッパの作動面が特定の位置に保持され
   たとき、前記振れ止め材の切欠部に係合して風洞試験模
   型の前記模型支持装置まわりの回動を規制するようにし
   たことを特徴とする請求項１の風洞試験模型のロール規
   制装置。
3. 【請求項３】 前記ストッパの作動面の位置移動量を入
   力するパソコンと、該パソコンからの信号と前記サーボ
   モータの作動量を検出するため設けられたエンコーダか
   らの信号とを入力してサーボモータの作動信号を出力す
   るとともに、前記ストッパの位置を検出するため設けら
   れた検出装置が前記ストッパが移動限界に達した信号を
   出力したとき、前記サーボモータを優先的に停止するコ
   ントロールユニットとからなる制御装置を前記駆動装置
   に具えたことを特徴とする請求項２の風洞試験模型のロ
   ール規制装置。
4. 【請求項４】 前記振れ止め材は前記風洞試験模型の回
   動面に設けられ、摩擦係数を大きくした部材からなり、
   前記駆動装置は前記振れ止め材に直交する方向に伸縮す
   るロッドと、該ロッドを伸縮させる駆動機構とで構成さ
   れ、前記ストッパは前記ロッドの先端に装着された弾性
   体の作動面を具えて、前記ストッパの作動面が前記ロッ
   ドの伸張により前記振れ止め材に係合して風洞試験模型
   のロールを規制するようにしたことを特徴とする請求項
   １の風洞試験模型のロール規制装置。
5. 【請求項５】 前記駆動装置は高圧流体源と該高圧流体
   を移送する配管とで構成され、前記ストッパは前記配管
   の先端に固着され前記高圧流体の出入により膨縮する可
   撓性のストッパ作動面を具え、前記ストッパの作動面が
   前記高圧流体の導入により風洞試験模型の回動面方向に
   膨出したとき前記風洞試験模型の回動面に設けられた振
   れ止め材に係合して風洞試験模型のロールを規制するよ
   うにしたことを特徴とする請求項１の風洞試験模型のロ
   ール規制装置。