JPH09159570A - ピストンダンパ停止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 高温衝撃風洞で、作動ガスの高圧状態を発生
させるピストンの高速走行に伴い、風洞本体等に発生す
る負荷を軽減するためのピストンダンパ停止装置に関す
る。高速運転を行う衝撃風洞ではダンパ切換えが難し
く、有効な負荷軽減ができなかった。本発明は、このよ
うな不具合を解消できるピストンダンパ停止装置の提供
を課題とする。 【解決手段】 小反力ダンパに一定圧のＧＮ₂ を背圧と
するピストン油圧アキュムレータ１０１を採用して、低
い一定反力で移動エネルギを吸収して、ピストン８の移
動量を制限するとともに、大反力ダンパにバネ設定形の
リリーフ弁１０２を採用して、小反力ダンパの作動終了
時点で、大反力により、ピストン８の走行を停止するよ
うにした。これにより、小反力ダンパと大反力ダンパの
切換えが自動的に行われ、ピストン８の高速走行に伴い
発生する負荷を、効果的に軽減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空力加熱等の試験
を行うための極超音速流を発生させる衝撃風洞におい
て、極超音速流を発生するヘリウム等の作動ガスを圧縮
管内で圧縮する、ピストンの走行、および圧縮管端部で
の停止に伴い発生する反力を吸収して、衝撃風洞に過大
負荷を発生させることなく、ピストンを高速走行、停止
させることができるようにしたピストンダンパ停止装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ヘリウム等の作動ガスを高圧状態にし
て、高圧状態を保持する隔膜等を瞬時に破砕することに
より発生する衝撃波により、作動ガスを加圧、加熱し、
高温、高圧のよどみ点状態を作り、このよどみ点状態を
使って、試験を行うための極超音速流を発生させる衝撃
風洞において、後端部に圧縮空気を作用させ、圧縮管内
を高速で移動するピストンの前方の圧縮管内に、作動ガ
スの高圧状態を作り出すようにしたものがある。このよ
うな圧縮管内で高速移動するピストンは、高速走行中、
若しくは圧縮管の終端部での急速停止時に、反力が生
じ、圧縮管（風洞本体）に大きな負荷を発生させる。

【０００３】このため、このような衝撃風洞では、図１
の上方に示すように、圧縮空気槽１、圧縮管２、高圧隔
膜部３、衝撃波管４、低圧隔膜部５、および測定部６か
らなり、宇宙往還機開発等に必要とする超高温・高速の
気流を生成するための風洞本体１０、支持装置、及びそ
の基礎への過大な負荷を避けるべく、風洞本体１０を固
定せず、下端部にローラ１１を設け、軸方向に、全体を
移動可能にしたスライド支持方式にすることが行われて
いる。

【０００４】また、ピストン８の高速走行中、すなわ
ち、運転時においても、比較的低い一定反力でピストン
８の移動エネルギを吸収して、移動量を制約する、また
圧縮管２端部の所定の位置で、比較的大きな反力を発生
させ、安全に停止させる、為の油圧を用いたピストンダ
ンパ停止装置を設け、ピストン８の高速走行に伴う反動
力の発生を低減するようにしている。

【０００５】図２は、このようなピストン８の高速走行
に伴う反動力の発生を低減するため、従来使用されてい
るピストンダンパ停止装置を示すブロック図である。図
において、１０は前述した風洞本体、１４は油圧シリン
ダで、ロッドの一端が図１に示す高圧隔膜部３に設置さ
れた慣性質量１３に連結されている。１５は風洞本体１
０の振動を伴う移動を考慮して、油圧シリンダ１４の追
従性を迅速に行うための油を蓄える油タンク、１６は油
タンク１５からの油の逆流を防止するためのチェック弁
である。

【０００６】また、１７は風洞本体１０の軸方向に移動
する、図１に示す圧縮空気槽１の位置を検出して風洞本
体１０の移動距離を検知するための位置検出器、１８は
位置検出器１７からの信号に基づき、後述するバルブス
タンド２０に作動信号を発信する位置制御回路、１９は
油圧シリンダ１４に油を供給するための油圧ユニットで
ある。

【０００７】２０は位置制御回路１８からの作動信号に
基づき、油圧シリンダ１４を作動するため、油圧ユニッ
ト１９の油供給の制御を行うバルブスタンドで、油圧ユ
ニット１９と油圧シリンダ１４との間の油圧回路を開閉
する３位置切換弁Ａ２１、油圧シリンダ１４のシリンダ
側とロッド側の油圧回路を開閉する３位置切換弁Ｂ２
２、油圧ユニット１９から油を油圧シリンダ１４のシリ
ンダ側へ供給、停止を行うための２ポート３位置切換弁
Ａ２３、油圧ユニット１９から油を油圧シリンダ１４の
ロッド側へ供給、停止を行うための２ポート３位置切換
弁Ｂ２４、油圧シリンダ１４から油圧ユニット１９へ流
出する油量を制御して、ダンパ反力を発生させるオリフ
ィスＡ、Ｂ、２５、２６を設置している。

【０００８】また、オリフィスＢ２６へ流出する油を制
御してダンパ反力の大きさを変える電磁弁３２、一定圧
力保持のための油を逃がす機能を有するダイレクトリリ
ーフ弁２７、油の逆流を防止するためのチェック弁２
８、チェック弁２８の逆流を可能とするためのパイロッ
ト操作管路を構成し、油の供給停止を行う４ポート２位
置切換弁２９、４ポート２位置切換弁２９とともに、チ
ェック弁２８の逆流を可能とするためのパイロット操作
管路を構成し、圧力を調整するための負荷圧力制御弁３
０、４ポート２位置切換弁２９および負荷圧力制御弁３
０とともに、チェック弁２８の逆流を可能とするための
パイロット操作管路を構成し、油の流量を規制するため
のチェック弁付絞り弁３１も設けている。

【０００９】このように、油圧ダンパとしてオリフィス
方式を採用し、オリフィスを流れる油の流量で、反力が
決定されるようにしたピストンダンパ停止装置では、初
期に風洞本体１０の移動速度、すなわち油圧シリンダ１
４のストローク速度が、速くなり、大油量が発生するよ
うな衝撃風洞に採用した場合には、ダンパ反力が大とな
り、風洞本体１０に大きな負荷が作用するようになる。
また、ピストン８走行の最終段階では、風洞本体１０内
の圧力バランスの関係で、ある程度ピストン８が減速さ
れるため、油圧シリンダ１４のストローク速度が小さく
なり、オリフィスを流れる油量も小さくなる。

【００１０】従って、この段階でダンパ反力を有効に発
生させ、ピストン８を停止させるためには、より小さな
口径のオリフィスへと切り換える必要がある。すなわ
ち、図に示すようなピストンダンパ停止装置において
は、作動時の流入油量を考慮し、風洞本体１０の支持部
に過大な荷重を作用させぬよう、２種類のオリフィスＡ
２５、オリフィスＢ２６を用い、オリフィスＢ２６の上
流側に設けた電磁弁３２を、ピストン８走行の最終段階
で切り換えることにより、ピストン８の走行を停止させ
ることのできる、ダンパ反力を発揮させるものであっ
た。

【００１１】しかしながら、初期において、ダンパ反力
が小となり、風洞本体１０に大きな負荷を作用をさせな
い小反力ダンパの機能から、ピストン８走行の最終段階
の大反力ダンパ機能へ、電磁弁を切換えるには、衝撃風
洞の運転時間が数百ｍｓｅｃ程度と非常に短く、この間
でタイミングを取り、電磁弁３２を開閉し、油圧回路を
切り換えることは、位置検出器１７による位置検出から
弁操作における時間遅れ等を考慮すれば、非常に困難な
ものとならざる得ないものとなっていた。また、発生す
るダンパ反力も、ピストン８の速度に依存しており、必
ずしも有効なものとはなり得なかった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の衝撃風洞用ピストン停止装置の不具合を解消する
ため、定圧ＧＮ₂ を背圧とするピストン油圧アキュムレ
ータを小反力ダンパとして採用し、運転初期に発生して
いた風洞本体の大きな負荷をなくするとともに、バネ式
で一定設定圧に設定できるリリーフ弁を大反力ダンパと
して採用し、運転最終段階に大きなダンパ反力を発生さ
せて、ピストン停止に伴う風洞本体の大きな負荷をなく
し、しかも、小反力ダンパの機能終了時点で、大反力ダ
ンパを自動的に機能させるようにして、弁による油圧回
路の切換えを不要にした衝撃用ピストン停止装置を提供
することを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】このため、本発明のピス
トンダンパ停止装置は次の手段とした。

【００１４】（１）衝撃風洞で極超音速流を発生させる
作動ガスを圧縮するためのピストンの圧縮管内での高速
走行時、低い一定反力で移動エネルギを吸収して、移動
量を制限する小反力ダンパとして、一定圧のＮ₂ ガスを
背圧とするピストン油圧アキュムレータを設けた。

【００１５】（２）高速走行するピストンが圧縮管終端
部の所定位置に到達する小反力ダンパの作動終了時、大
きい反力でピストンを停止させる大反力ダンパとして、
一定設定圧に、バネで大きな反力を発生するように設定
できるリリーフ弁を設けた。

【００１６】本発明のピストンダンパ停止装置は、上述
した小反力ダンパに、定圧ＧＮ₂ を背圧とするピストン
油圧アキュムレータを採用し、大反力ダンパには、バネ
式で一定設定圧のリリーフ弁を用い、小反力ダンパから
大反力ダンパへの切り換え時は、小反力ダンパのストロ
ーク端、つまりピストン油圧アキュムレータのピストン
ストローク端で勝手に切り換えが行われるようにするこ
とにより、運転初期に発生していた、ピストンの高速走
行に伴う風洞本体の大きな負荷をなくするとともに、運
転最終段階のピストン停止に伴う風洞本体の大きな負荷
をなくすることができる。

【００１７】また、ピストンの運転状態に応じて行う必
要のあった、小反力ダンパから大反力ダンパの切換え
は、弁による油圧回路の切り換えが不要となり、ピスト
ンの運転状態に対応して自動的に切換えられるので、切
り換えの時間遅れを回避でき、ピストンの高速作動に対
し、反力レベルの異なる油圧ダンパの効果的作動を容易
に行わせることができるようになる。さらに、小反力ダ
ンパから大反力ダンパへの切換えが、ピストンの走行速
度によらずピストンの走行位置によって行われるので、
効果的なピストン作動に伴う反力の発生を低減すること
ができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のピストンダンパ停
止装置の実施の一形態を、図面にもとづき説明する。図
１は本発明のピストンダンパ停止装置の実施の第１形態
を示すブロック図である。なお、図１において、図２に
示す符番と同一符番のものは、同一部材若しくは類似の
部材につき説明は、省略する。

【００１９】図において、１０１は、ピストン油圧アキ
ュムレータで、ロッドの反対側には、ＧＮ₂ ボンベが接
合され、一定圧の背圧がかかるようにしてある。１０２
は、リリーフ弁で、ピストン油圧アキュムレータ１０１
の作動状態が終了し、リリーフ弁１０２に設定したバネ
力より大きい油圧が油路に発生したとき油を逃すように
している。１０３は２ポート位置切換弁で、その開閉に
よって、ピストン油圧アキュムレータ１０１、若しくは
リリーフ弁１０２を作動状態、又は非作動状態にする。

【００２０】本実施の形態は、図２に示す従来のピスト
ンダンパ停止装置におけるオリフィスＡ２５、オリフィ
スＢ２６、および電磁弁３２に代えて、上述したピスト
ン油圧アキュムレータ１０１、リリーフ弁１０２、およ
び２ポート位置切換弁１０３を採用することにより、次
の手順により衝撃風洞の試験を行う。

【００２１】（１）試験準備（風洞内試験気体充填）開
始、 （２）風洞内圧力バランスの不均衡により、風洞本体１
０が軸方向に移動を始めるため、位置保持機能発揮、 （ａ）位置検出器１７からの検出信号により初期位置を
記憶させる。 （ｂ）初期位置記憶信号と、位置制御回路１８により現
状位置との比較を実施する。 （ｃ）３位置切換弁Ｂ２２を閉にし油圧シリンダ１４内
の油を封じ込める。 （ｄ）制御信号に基づき比例設定により油圧シリンダ１
４のロッド側とシリンダ側間の２ポート３位置切換弁２
１，２３，２４の制御を行い、油圧ユニット１９から油
を供給し対応する。

【００２２】（３）試験スタートをすることにより、圧
縮管２内圧力バランスの不均衡がさらに大きくなり、風
洞自体の移動現象が生じるため、風洞移動距離を制限す
るため、ダンパ機能を発揮させる準備の実施、（ａ）リ
リーフ弁１０２（大反力ダンパ）発揮位置及び風洞本体
１０停止用大反力ダンパ圧力に対応するバネ力の設定、
（ｂ）試験スタート直前に制御盤よりＯＮ信号を受け
る。（ｃ）油圧ユニット１９からの油を供給するため３
位置切換弁２１を開にし、油圧シリンダ１４のロッド側
間の３位置切換弁Ｂ２２を開とする。

【００２３】（４）試験スタート、 （５）試験中、（ａ）位置検出器１７、位置制御装置１
８からの信号が、（３）（ａ）で設定した値までは、ピ
ストン油圧アキュムレータ１０内に蓄えられたＧＮ₂ と
油圧のバランスにより小反力ダンパ機能発揮、（ｂ）大
反力ダンパ発揮設定位置に達すると、ピストン油圧アキ
ュムレータ１０１のピストンは、ストローク端に到達す
るため、自動的に大反力ダンパ、すなわちリリーフ弁１
０２が機能する。（ｃ）風洞本体１０の移動には、振動
を伴い、急激に移動方向が逆転するため、その動きに追
従するべく、油タンク１５から排出されたシリンダ側へ
補う。なおこの際、チェック弁１６は逆流防止のために
機能する。

【００２４】なお、油圧シリンダ１４のロッド側に圧が
立った場合は、ロッド側油を逆流させる必要があり、そ
のためチェック弁２８を油圧の供給系圧力を利用して、
パイロット操作管路ダイレクトリリーフ弁２７、負荷圧
力制御弁３０、４ポート２位置切換弁２９、およびチェ
ック弁付絞り弁３２を機能させ、油圧シリンダ１４のシ
リンダ側とロッド側の油を往来させることが可能とな
る。（ｄ）風洞本体１０が停止用大反力ダンパ圧力、す
なわちリリーフ弁に設定されたバネ圧まで油圧が達した
ときリリーフ弁１０２により油の排出を行う。このと
き、ダイレクトリリーフ弁２７の設定圧を大反力ダンパ
圧力に設定しておくことにより同時に油の排出を行うよ
うにしても良い。

【００２５】（６）試験終了、 （７）原点への復帰、 （ａ）位置設定実施 （ｂ）（２）（ｃ）を行った後、（２）（ｄ）と同様
に、油圧シリンダ１４のシリンダ側とロッド側へ２ポー
ト３位置切換弁２１，２３，２４の制御により、油を油
圧タンク１９より油圧シリンダ１４内に供給する。

【００２６】このように、本実施の形態のピストンダン
パ停止装置では、高温衝撃風洞に代表されるように、高
速走行するピストン８が重量物であり、急加速し、急速
停止が必要な試験により、過大な負荷を風洞本体１０
や、基礎、または架台に与えることがなきよう、すなわ
ち、適切な反力となるよう、ピストン油圧アキュムレー
タ１０１のＧＮ₂ 背圧、及びリリーフ弁１０２のリリー
フ圧力を設定し、油圧を利用した小反力大反力ダンパ機
能を備え、ピストン８の高速走行に伴う運動エネルギ
を、風洞本体１０や、架台及び基礎への過負荷を防止し
ながら、規定移動量内に制限可能とする。

【００２７】また、小反力ダンパから大反力ダンパに切
り換える際に、切り換えの要素となる設備の移動量の急
激な変化が生じた場合でも、ピストンアキュムレータ使
用により、自動的に、又スムースに切り換えが可能とな
り設備を保護できる。さらには、油タンクを共有し、回
路を増加させることにより、設備の試験シーケンス時の
保持、更には、移動した設備を元の位置に戻す際の位置
設定機能を持つことができ、コンパクトな装置で多機能
を有することが容易である。また、各種用途（移動・保
持・停止）の組み合わせを考慮して、それぞれの機能を
個別に利用可能にすることもできる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のピストン
ダンパ停止装置によれば、特許請求の範囲に示す構成に
より、衝撃風洞の運転初期に発生していた、ピストンの
高速走行に伴う、風洞本体、支持装置、および基盤に発
生していた大きな負荷をなくするとともに、運転最終段
階におけるピストン停止に伴う、大きな負荷の発生をな
くすることができる。

【００２９】また、ピストンの運転状態に応じて必要と
する小反力ダンパから大反力ダンパの切換えは、弁によ
る油圧回路の切り換えが不要となり、ピストンの運転状
態に対応して自動的に切換えるので、切り換えの時間遅
れを回避でき、ピストンの高速作動に対し、反力レベル
の異なる油圧ダンパの効果的作動を容易に行わせること
ができる。また、小反力ダンパから大反力ダンパへの切
換えが、ピストンの走行速度によらずピストンの走行位
置によって行われるので、効果的なピストン作動に伴う
反力の発生を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のピストンダンパ停止装置の実施の第１
形態を示すブロック図で、上方に実施の形態を適用する
衝撃風洞との関係を示している。

【図２】従来のピストンダンパ停止装置を示すブロック
図である。

【符号の説明】 １ 圧縮空気槽 ２ 圧縮管 ３ 高圧隔膜部 ４ 衝撃波管 ５ 定圧隔膜部 ６ 測定部 ７ ノズル ８ ピストン ９ 供試体 １０ 風洞本体 １１ ヘリウム（作動ガス） １２ 空気 １３ 慣性質量 １４ 油圧シリンダ １５ 油タンク １６ チェック弁 １７ 位置検出器 １８ 位置制御回路 １９ 油圧ユニット ２０ バルブスタンド ２１ ３位置切換弁Ａ ２２ ３位置切換弁Ｂ ２３ ２ポート３位置切換弁Ａ ２４ ２ポート３位置切換弁Ｂ ２５ オリフィスＡ ２６ オリフィスＢ ２７ ダイレクトリリーフ弁 ２８ チェック弁 ２９ ４ポート２位置切換弁 ３０ 負荷圧力制御弁 ３１ チェック弁付絞り弁 ３２ 電磁弁 １０１ ピストン油圧アキュムレータ １０２ リリーフ弁 １０３ ２ポート位置切換弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 風洞本体を軸方向に移動可能にするとと
   もに、極超音速流を発生させる作動ガスを圧縮するピス
   トンの高速移動、および急停止に伴う反動力で生じる過
   大負荷を回避する、スライドを支持方式を採用した衝撃
   風洞のピストンダンパ停止装置において、低い一定反力
   で移動エネルギを吸収して、前記ピストンの移動量を制
   限する一定圧のＧＮ₂ を背圧とするピストン油圧アキュ
   ムレータと、前記ピストンアキュムレータの作動終端で
   大きい反力を発生して、前記ピストンの走行を停止させ
   るバネ設定のリリーフ弁とを設けたことを特徴とするピ
   ストンダンパ停止装置。