JPH08226867A

JPH08226867A - ピストン発射装置

Info

Publication number: JPH08226867A
Application number: JP3357495A
Authority: JP
Inventors: Kenji Togami; 健治戸上; Hirotaka Nakagawa; 博高中川
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-02-22
Filing date: 1995-02-22
Publication date: 1996-09-03

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ヘリウム等の高圧ガス状態を作り出すための
ピストン発射装置に於て、自由ピストンの高速性能と、
衝撃風洞の基本性能の向上を計る。【構成】本ピストン発射装置は、圧縮管１の内部に嵌
挿され、その内部に発射前の自由ピストン３を装着し、
自由ピストン３の外側面で閉鎖されるスロット７を設け
た発射管２、発射管２の後方から内部に嵌挿されその先
端部で、装着された自由ピストン３の外側面後端を内部
から支持する発射プラグ５、および圧縮管１の後端外周
に設けられ、スロットに連通する開口を持つ２次貯気槽
６からなる。これにより、２次貯気槽６からの発射管２
内への吹出し口を閉鎖する自由ピストンの外側面は、発
射プラグ５で補強されるため、薄肉化でき、自由ピスト
ン３の重量の軽減と、全長を長くでき、吹出し口拡大と
相俟って、自由ピストン３の高速性能を向上できる。ま
た、圧縮空気による変形や、圧縮空気のリークも防止で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、衝撃風洞において、空
力加熱等の試験を行うために、極超音速流を発生させる
ための衝撃風洞に使用するピストン発射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ヘリウム、アルゴン等の気体を高圧状態
にして、極超音速流を発生させるようにした衝撃風洞と
して、図２に示す、米国カリフォルニア工科大学に設置
されている自由ピストン型衝撃風洞がある。この衝撃風
洞においては、圧縮管０２′の後端部に発射カプセル０
３′を設け、この発射カプセル０３′に自由ピストン０
１′を装着し、自由ピストン０１′の後方に２次貯気槽
０４′からの圧縮空気を導入して、圧縮管０２′の内部
で自由ピストン０１′を高速走行させて、自由ピストン
０１′の前方に封入された、ヘリウム、アルゴン等の、
気体の高圧状態を作り出すようにしている。

【０００３】なお、自由ピストン０１′の前方に発生し
た高圧状態の気体は、圧縮管０２′と圧縮管０２′の前
方に連結された衝撃波管０５の間を仕切る、隔膜０６を
瞬時に破砕することにより、衝撃波管０５の内部を前方
に進行する強い衝撃波を発生させる。

【０００４】また、この衝撃波は、衝撃波管０５内の気
体を加圧、加熱しながら前方へ進み、さらに前端で反射
して、さらに、気体を加圧、加熱して、衝撃波管０５の
前端部に、高エンタルピーのよどみ点状態を作り出す。
そして、このよどみ点状態が作り出された時点で、衝撃
波管０５と衝撃波管０５の前方に設けた高膨張ノズル０
７の間の仕切り０８を開放することにより、計測部０９
に極超音速流が発生し、計測部０９に設置した模型の極
超音速流中での挙動を、計測窓０１０から観測し、又は
模型に取付けた計測装置により計測できる。なお、０１
１は計測部０９の後流側に設けたダンプタンクである。

【０００５】図３は、このように自由ピストン０１′を
圧縮管０２′の内部で、高速で走行させ、圧縮管０２′
に充填した気体を圧縮し、高圧状態にするために使用さ
れている、従来のピストン発射装置の１例を示す部分断
面図である。

【０００６】図に示すように、従来のピストン発射装置
は、円筒状の圧縮管０２、圧縮管０２の後端部に嵌挿さ
れた発射カプセル０３、発射カプセル０３の後端を閉鎖
するとともに、その軸心部に給排気ポート０１３を設け
たブリーチブロック０１２、発射カプセル０３および圧
縮管０２の内部を高速走行する自由ピストン０１、自由
ピストン０１の外側周面と発射カプセル０３の内周面の
間をシールするＯーリング０１４、圧縮管０２と発射カ
プセル０３の間をシールするシール装置０１６（図４参
照）、および圧縮管０２の外周面上に区画され、圧縮管
０２、および発射カプセル０３に設けた軸方向に細長い
開口、およびスロットからなる吹出し口０１５を介し
て、発射カプセル０３の内部と連通させた２次貯気槽０
４で構成されている。

【０００７】このような、ピストン発射装置では、図３
（Ａ）に示すように、自由ピストン０１は、発射前に給
排気ポート０１３を介して、図示しない真空ポンプを用
いて、発射カプセル０３内の気体Ａを抜き出し、減圧す
ることにより、ブリーチブロック０１２の前端に密着さ
せられ、発射カプセル０３内に装着されている。自由ピ
ストン０１が、このように発射前の位置にセットされる
と、自由ピストン０１に装着されたＯーリング０１４、
および圧縮管０２の内周面と発射カプセル０３の外周面
に介装されたシール装置０１６により、２次貯気槽０４
の吹出し口０１５が閉鎖されて、シールされる。次に、
２次貯気槽０４内には、図示しない加圧空気源からの圧
縮空気Ｆが導入されて、約２０ＭＰａ程度の所定の圧力
に昇圧する。

【０００８】次いで、発射カプセル０３内を減圧するた
め真空ポンプに連通させていた、給排気ポート０１３
を、加圧空気源に連通させると、給排気ポート０１３よ
り加圧空気Ｐが、発射カプセル０３内に送り込まれ、自
由ピストン０１は、図の右方向の前方へ押し出され、図
３（Ｂ）のようになり、２次貯気槽０４の吹き出し口０
１５の一部分が開放される。これにより、２次貯気槽０
４内に充填された高圧空気Ｆが、自由ピストン０１背後
の発射カプセル０３内に急激に流れ込むようになり、自
由ピストン０１は、さらに前方へ走りだす。

【０００９】自由ピストン０１が前方に走りだすに従っ
て、図３（Ｃ）に示すように、２次貯気槽０４の吹出し
口０１５の開口面積が拡大し、より多くの高圧空気が発
射カプセル０３管内に流れ込み、また、自由ピストン０
１走行後の後方の圧縮管０２の内部に流入し、自由ピス
トン０１の高速走行が達成される。

【００１０】このような構造のピストン発射装置では、
２次貯気槽０４内に圧縮空気Ｆを充填し、保持する際、
図３（Ａ）の詳細図である、図４に示すように、２次貯
気槽０４の吹出し口０１５を、自由ピストン０１の後部
外側周面で閉塞し、シールするようにしているため、自
由ピストン０１の全長を長くする必要がある。すなわ
ち、この自由ピストン０１の発射の際の、２次貯気槽０
４から自由ピストン０１の後部に導入される圧縮空気下
の導入速度は、自由ピストン０１の加速性能を支配する
ものであり、さらに自由ピストン０１の加速性能は、自
由ピストン０１の前方に作り出される気体の高圧状態の
形成を支配するものであり、この圧縮空気Ｆの空間への
導入速度の向上は、この種の衝撃風洞の基本性能向上に
大きく寄与する。

【００１１】従って、２次貯気槽０４の吹出し口１５の
開口面積を大きく取る必要があり、これに伴い、吹出し
口１５を閉鎖する自由ピストン０１の全長が長くなり、
重量が嵩むこととなる。また、自由ピストン０１の重量
の増加も、その加速性能を損うものであり、このため、
図４に示すように、自由ピストン０１の後方内部には、
凹所０１７を設けて、軽量化することが行われている。
しかしながら、前述したように、自由ピストン０１の後
部外側周面は、２次貯気槽０４への圧縮空気Ｆの充填
時、その吹出し口１５の閉鎖を行うものであり、そのた
め自由ピストン０１の外側周面は、２次貯気槽０４から
の外圧荷重負荷に対する強度を十分に持たせ、Ｏーリン
グ０１４を装着する自由ピストン０５外側周面の変形を
避ける必要があり軽量化には限度がある。

【００１２】すなわち、２次貯気槽０４への圧縮空気Ｆ
の充填時、図４に示すように、２次貯気槽０４の圧縮空
気Ｆが、自由ピストン０１の外側周面に作用することに
より、外側周面の変形が起ると、自由ピストン０１の外
側周面に設けたＯーリング１４のシール性が悪くなり、
凹所０１７に圧縮空気Ｆが流入して、自由ピストン０１
の発射カプセル０３内部への装着状態を維持することが
困難になり、２次貯気槽０４内への所定圧力の圧縮空気
Ｆの充填ができなくなるとともに、この変形は自由ピス
トン０１の前方の圧縮管０２内部への圧縮空気Ｆのリー
クを生じ自由ピストン０１の加速性能を阻害する恐れも
ある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来のピストン発射装置の問題点を解消するため、２次貯
気槽からの圧縮空気の導入速度を大きくした吹出し口の
開閉ができ、しかも、軽量化できて、加速性能に秀れた
自由ピストンにして、衝撃風洞の基本性能を向上させる
ことのできるとともに、２次貯気槽への圧縮空気の充填
時に変形を起すことがなく、圧縮空気のリークを防止で
きるピストン発射装置を提供することを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】このため、本発明のピス
トン発射装置は、次の手段とした。（１）内部と連通する吹出し開口を具え、内部に自由ピ
ストンを高速走行させる圧縮空気を充填する２次貯気槽
を、自由ピストンが高速走行する圧縮管の後端部に設け
た。（２）圧縮管の後端部に嵌挿され、２次貯気槽の開口と
連通させて設けたスロットを、その外側面で塞ぐように
発射前の自由ピストンを内部に装着する発射管を設け
た。（３）自由ピストンを装着した発射管の内部に嵌挿さ
れ、その先端部を自由ピストン後端部に画成された開口
に進入させて、自由ピストンの外周縁を内側から支持す
る発射プラグを設けた。

【００１５】

【作用】本発明のピストン発射装置は、上述の手段によ
り、２次貯気槽に設けた開口と連通する発射管のスロッ
トを、発射管に装着した発射前の自由ピストンの外側面
で塞ぎ、２次貯気槽の吹出し口を閉鎖するようにして
も、自由ピストンは、自由ピストンの後部に設けた開口
内に進入して、その先端部の支持部で支持する発射プラ
グによって、開口周縁の自由ピストンの外側面が補強さ
れるので、（１）自由ピストンの後部に設ける開口を大径にして、
外側面を薄肉にしても、２次貯気槽内の圧縮空気の加圧
力によって変形することがない。これにより、発射管内
への圧縮空気のリークが防止でき、自由ピストンの発射
管内の装着位置への保持が安定したものとなる。また、
装着された自由ピストンの前方への圧縮空気のリークが
完全に防止できる。（２）また、外側面の薄肉化により、自由ピストンを軽
量化でき、加速性能が向上する。（３）さらに、外側面の薄肉化により、２次貯気槽の吹
出し口を閉鎖する自由ピストンの外側面を長くしても、
自由ピストンの重量は、それほど増加しないため、吹出
し口を大きくでき、自由ピストン後方への圧縮空気の導
入速度を高めることができる。

【００１６】これらにより、自由ピストンは、加速性能
が高められ、圧縮管内を高速走行でき、この様なピスト
ン発射装置をそなえる衝撃風洞の基本性能を向上させる
ことができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明のピストン発射装置の実施例を
図面にもとづき説明する。図１は、本発明のピストン発
射装置の一実施例を示す図で、図１（Ａ）は、縦断面
図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す矢視Ａ−Ａにおけ
る断面、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）に示す矢視Ｂ−Ｂに
おける平面図である。

【００１８】図に示すように、本実施例のピストン発射
装置は、円筒状の圧縮管１、圧縮管の後端内部に嵌挿さ
れ、前端部内周面が圧縮管１内周面と平滑にされた発射
管２、発射管２および圧縮管１内を高速走行する自由ピ
ストン３、発射管２の内部に、その後半部が嵌挿され、
前端が自由ピストン３の後部に設けられた開口に進入
し、肩部５１で自由ピストン３の開口周縁に設けられた
外側面３４を支持する発射プラグ５、圧縮管１の後端部
外周に設けられた２次貯気槽６とからなる。また、圧縮
管１の後端に設けた２次貯気槽６には、発射管２に設け
たスロット７と同一形状の、図１（Ｃ）に示す形状の開
口８が設けられており、発射管２の内部と連通できる。
なお、スロット７と開口８を併せて、以下吹出し口とい
う。

【００１９】また、圧縮管１の後端部内周面と、これに
嵌挿される発射管２の外周面の間には発射管位置決めリ
ング９が介装されている。また、圧縮管１の内周面に螺
着されたナット１０を進退させることにより、発射管２
を前後動させ、圧縮管１と発射管２の相対位置を調整す
るようにしている。さらに、自由ピストン３は内部が空
洞にされ、前端部に開口３１が設けられるとともに、外
側面にスロット３２を設けた先端部３３と、先端部３３
に連結され内部に開口３５が設けられるとともに吹出し
口、すなわち、発射管２のスロット７を閉鎖できるだけ
の長さにされた外側面３４を設けた後端部３５で形成さ
れている。

【００２０】また、発射プラグ５は、図１（Ｂ）から理
解できるように、前方に向けて小くした半径にした放射
状の羽根形状にされた前半部と、前述したように、発射
管２の内部に嵌挿される後半部とからなり、それらの中
間部に、肩部５１が設けられており、この肩部５１で発
射管２に装着された自由ピストン３の外側面３４後端部
を支持するようにしている。また、その中心部（軸心）
には給排気管５２が貫通させてある。

【００２１】なお、圧縮管１と発射管２の嵌合面、発射
管２と発射プラグの嵌合面、および発射管２と自由ピス
トン３との装着面には、従来例と同様な、シール装置が
それぞれ介装されている。

【００２２】本実施例のピストン発射装置は、上述の構
成となっているので、自由ピストン３発射終了後、ナッ
ト１０をはずし、発射管２を発射管プラグ５と一体化し
たまま、図１（Ａ）の左側（上流側）に抜き出す。そし
て、次に使用する自由ピストン３を、発射管２の図１
（Ａ）の右側（下流側）から、その後端発射管プラグ５
に密着するまで挿入する。次いで、一体化した自由ピス
トン３、発射管プラグ５、発射管２を圧縮管１に挿入
し、ナット１０で締結する。

【００２３】その後、給排気管５２を通じて、図示しな
い真空ポンプにより、自由ピストン３の後端開口内を減
圧し、自由ピストン２を発射管プラグ５側へ密着させ
る。次いで、２次貯気槽６内に圧縮空気を導入して、２
次貯気槽６内を、所定圧力の約２０ＭＰａにまで昇圧す
る。昇圧完了后、その他の試験準備が完了している事を
確認して、給排気管５２の上流部のバルブを切り替え、
圧縮空気を自由ピストン３後部へ送り込む。

【００２４】自由ピストン３は、送り込まれた圧縮空気
により、発射管２の右側、すなわち前方へ押し出され
る。自由ピストン３が押し出されたことに伴ない、２次
貯気槽６内の高圧空気が、さらに圧縮管１内に流れ込
み、自由ピストン３を高速で圧縮管１内の駆動方向へ走
行させられる。このように、本実施例では、２次貯気槽
６の吹出し口を、発射管プラグ５と自由ピストン３との
組み合せた、強固な構造でシールすることにより、軽量
な自由ピストンでも、高圧の２次貯気槽６内の圧縮空気
による圧力に耐え変形することなく、シールできる。

【００２５】

【発明の効果】本発明のピストン発射装置によれば、特
許請求の範囲に示す構成により、次の効果が得られる。（１）軽量の自由ピストンを用いることができ、自由ピ
ストン高速走行が可能となる。（２）圧縮空気の吹出し口を大きくしても、この吹出し
口を閉鎖するために、長くされた自由ピストンの重量
は、さほど増加しないため、自由ピストン後方への圧縮
空気の導入速度が高められ、自由ピストンの高速性能が
効果的に向上する。（３）ピストンの後端部を薄肉の中空円筒とすることに
より、ピストンの重心を前方に維持し、安定した走行が
可能となる。（４）風洞運転領域が、・気体総圧一定の場合高エンタルピー側へ・気流エンタルピー一定の場合低圧力側へそれぞれ拡大できる。

【００２６】従って、本発明のピストン発射装置を具え
る衝撃風洞の基本性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のピストン発射装置の一実施例を示す図
で、図１（Ａ）は、縦断面図、図１（Ｂ）は、図１
（Ａ）に示す矢視Ａ−Ａでの横断面図、図１（Ｃ）は、
図１（Ａ）に示す矢視Ｂ−Ｂでの平面図、

【図２】本発明のピストン発射装置が、適用される衝撃
風洞の全体を示す縦断面図、

【図３】従来のピストン発射装置の１例を示す縦断面図
で、図３（Ａ）は、自由ピストン発射前を示す図、図３
（Ｂ）は、自由ピストン発射時を示す図、図３（Ｃ）
は、自由ピストン発射后を示す図、

【図４】図３（Ａ）の詳細を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

１圧縮管２発射管３自由ピストン３１開口３２スロット３３先端部３４外側面３５開口３６後端部５発射プラグ５１肩部５２給排気管６２次貯気槽７スロット８２次貯気槽の開口９発射管の位置決めリング１０ナット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮管の内部で高速走行する自由ピスト
ンの前方の生じる高圧気体により、前記圧縮管の先端に
連結した衝撃波管内に衝撃法を発生させ、よどみ点状態
を作り、前記衝撃波管の先端に連結したノズルで極超音
速流を発生させる衝撃風洞のピストン発射装置におい
て、前記圧縮管の後端部に形成され、その内部に連通す
る開口を設けた２次貯気槽と、前記圧縮管の後端部に嵌
挿され、装着した前記自由ピストンの外側面で閉鎖され
る前記圧縮管の開口と連通するスロットを設けた発射管
と、前記発射管の内部に嵌挿され、先端を前記発射管に
装着した前記自由ピストンの後端部開口に進入させて、
支持する発射管プラグからなることを特徴とするピスト
ン発射装置。