JPH0972822A

JPH0972822A - 風洞試験装置

Info

Publication number: JPH0972822A
Application number: JP22997195A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Asai; 滋浅井
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 1997-03-18

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】従来、供試模型の風洞壁との接触防止を目的
として、供試模型は、張力制御装置、ケーブルによる拘
束状態で、風洞内の飛行を行うようにしたため、試験結
果から直接飛行運動特性を把握できない不具合があっ
た。このような不具合を解消する風洞試験装置を提供す
ること。【解決手段】風洞３１内を前後、左右方向に走行する
エア・クッション台車１５、およびエア・クッション台
車１５上で上下方向に滑動するスライド・ロッド１２か
らなる模型トラッキング装置と、スライド・ロッド１２
の上端に供試模型１を姿勢角自在にして連結する球面ベ
アリング１０と、スライド・ロッド１２の上端に設けら
れ模型トラッキング装置から供試模型１へ伝わる微小外
力を検出する検力計１１と、供試模型１の風洞壁への接
近時に制動力を発生し、供試模型１の風洞壁への衝突を
防止する緩衝装置１６，１９とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、航空機等の飛行体
を模擬して製作された供試模型を、高速気流が発生して
いる風洞内で自由飛行させて、その飛行運動を計測する
ことにより、供試模型で模擬した航空機等の飛行運動特
性を、地上で直接取得するようにした風洞試験装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】風洞内の高速気流中を飛行する供試模型
を用い、地上において、供試模型で模擬された飛行体の
飛行運動特性を直接取得することを目的とした、自由飛
行風洞試験と呼ばれる試験法がある。図６は、これらの
試験法に使用される、風洞試験装置の概念図を示す斜視
図である。

【０００３】同図において、１は供試模型、２は主翼、
３はエルロン舵面、４は水平尾翼、５はエレベータ舵
面、６は垂直尾翼、７はラダー舵面、８はフレキシブル
・ホース、９はノズル、２８はプーリー、２９はケーブ
ル、３０は張力制御装置である。このようにして構成さ
れた風洞試験装置では、風洞内の高速気流Ｖ中に置かれ
た供試模型１は、その主翼２の発生する揚力により浮揚
し、図示しない、風洞外に設置された空気圧縮機で発生
させた圧縮空気を、フレキシブル・ホース８を経由して
供試模型１内まで導き、ノズル９より機体後方にジェッ
ト噴出することにより、推力を得、風洞内で自由飛行さ
せるようにしている。

【０００４】一方、風洞外に設けた、図示しない制御装
置、あるいは操縦者は、供試模型１の飛行運動状況を観
測の上、主翼２に装備されたエルロン舵面３、水平尾翼
４に装備されたエレベータ舵面５、あるいは垂直尾翼６
に装備されたラダー舵面７を駆動することにより、供試
模型１に所要の飛行運動を行わせるようにしている。

【０００５】しかし、風洞内の送風開始から送風終了ま
で、ノズル９で発生する推力と、エルロン舵面３、エレ
ベータ舵面５、およびラダー舵面７の３舵面の操作によ
る、これらの舵面に働く空気力の制御のみで、風洞壁に
接触することなく、供試模型１の飛行運動をコントロー
ルして、風洞内で飛行させることは非常に困難である。

【０００６】このため、図に示す従来の風洞試験装置に
おいては、プーリー２８、ケーブル２９と張力制御装置
３０により、供試模型１の飛行運動を拘束し、供試模型
１が風洞壁に接触しないように飛行させて、風洞試験を
遂行している。こうして得られた試験結果を基に、供試
模型１に対する拘束の影響を解析的に除去した上で、供
試模型１の自由飛行運動特性を抽出するようにしてい
る。

【０００７】上記のことから明らかなように、上述の自
由飛行風洞試験では、地上で実際の飛行体の飛行運動特
性を直接取得することを目的とした試験でありながら、
試験結果から、試験時における供試模型１を拘束するこ
とによる影響を除去する必然性が残り、このことが本試
験法の欠点となっている。すなわち、従来の風洞試験装
置では、プーリー２８、ケーブル２９、張力制御装置３
０により構成される外力系が、供試模型１の飛行運動に
対して大きな影響を及ぼすため、風洞試験で得られた試
験結果から、飛行運動特性を把握するためには、これら
の外力系が供試模型１の飛行運動に対して及ぼす拘束の
影響について、十分な配慮を要し、試験後、これらの試
験結果について拘束の影響を補正する必要があり、直ち
に飛行運動特性が把握できない点が問題となっていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した、
従来の風洞試験装置の不具合を解消するため、風洞の送
風開始から送風終了まで、供試模型が風洞壁に接触する
ことのないようにするための制御装置、あるいは操縦者
により行われる供試模型の飛行運動制御操作を不要にし
て、供試模型が風洞壁に接触することなく飛行させるこ
とができるとともに、風洞内に設定された飛行範囲内で
は、供試模型は、ほとんど拘束されず飛行でき、試験
後、得られた試験結果から直ちに、飛行運動特性が定量
的に解析・評価できるようにした風洞試験装置を提供す
ることを課題とする。

【０００９】

【問題を解決するための手段】このため、本発明の風洞
試験装置は、次の手段とした。

【００１０】（１）風洞内の気流が流れる方向である風
洞の前後方向、およびこれと直交する水平面内の左右方
向に、風洞内の水平、平滑床（下壁）上を空気圧縮力で
浮揚し、走行面上との摩擦力をほとんど発生することな
く走行するようにしたエア・クッション台車、およびエ
ア・クッション台車上で上下方向に、小さい摩擦力でス
ライドするスライド・ロッドからなる模型トラッキング
装置を風洞内に設けた。

【００１１】（２）スライド・ロッドの上部に、姿勢角
を自在に変更できるように、摩擦を非常に小さくして、
供試模型を支持できる球面ベアリングを設けた。

【００１２】（３）スライド・ロッドの上部に、模型ト
ラッキング装置から供試模型に伝達される外力、すなわ
ち、風洞軸に対して前後、左右、上下方向の３分力をそ
れぞれ検出できる検力計を設けた。なお、検力計はスラ
イド・ロッドの上端と球面ベアリングの下端部との間
に、介装することが望ましい。

【００１３】（４）供試模型の飛行時、風洞壁に供試模
型が衝突する恐れのない、風洞内の所定区画に定められ
た飛行範囲を供試模型が飛行しているときは、供試模型
に拘束力を加えることなく供試模型が自由飛行でき、ま
た供試模型が風洞壁に接近して衝突する恐れのある風洞
壁近傍を飛行するときは、エア・クッション台車の走
行、およびスライド・ロッドの上下動を阻止する制動力
を発生させて、供試模型に拘束力を加え制動して、供試
模型の風洞壁への衝突を回避させることのできる緩衝装
置を設けた。

【００１４】本発明の風洞試験装置は、上述の手段によ
り、供試模型の風洞壁との衝突が回避できる、風洞内の
所定区画に定められた飛行範囲の飛行においては、供試
模型は走行時の摩擦力がほとんどないエア・クッション
台車、および上下動時の摩擦力を小さくしたスライド・
ロッドにより構成される模型トラッキング装置、および
飛行時の姿勢変角時の摩擦力を小さくした、球面ベアリ
ングにより支持されて飛行するので、これらの支持装置
から有意な反力を受けないため、供試模型は、その飛行
運動に対し実質上影響を受けることなく、また、球面ベ
アリングの支持により、姿勢を自由に変えて飛行でき、
自由飛行中の運動特性を計測結果から直接把握できる。
これにより、計測結果の良否が早期に判断でき、風洞試
験を効率化することができる。

【００１５】一方、風洞内の所定区画に定められた飛行
範囲から逸脱して、飛行中の供試模型が、風洞壁と衝突
する可能性のある風洞壁近傍を飛行しようとするとき
は、模型トラッキング装置のエア・クッション台車、お
よびスライド・ロッド、あるいは水平・平滑床の両側に
設けた緩衝装置からの反力が急激に増大するため、供試
模型には制動力が働き、安全に、かつ確実に、供試模型
を保持することが可能となる。

【００１６】また、走行時の摩擦力がほとんどなく、上
下動時の摩擦力が充分小さく、供試模型の飛行に追従し
て移動する模型トラッキング装置で、供試模型は支持さ
れているため、微小とはいえ、模型トラッキング装置よ
り供試模型に伝わる外力が発生するが、この外力はスラ
イド・ロッド上端部に設けた検力計で計測することによ
り、これらの外力が供試模型の自由飛行に及ぼす影響を
定量的に把握でき、これを使って、試験結果を補正する
ことにより、完全に自由な状態における飛行運動特性
を、より正確に計測することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の風洞試験装置の実
施の一形態を図面にもとづき説明する。なお、実施の形
態を示す図において、図６に示す部材と同一のものは、
従来の技術で説明したものと同じでものであり、同一番
号を付して説明を省略する。

【００１８】図１は、本発明の風洞試験装置の実施の第
１形態を示す全体斜視図である。同図において、１０は
球面ベアリング、１１は検力計、１２はスライド・ロッ
ド、１３は外筒、１４はウェイト・バランサー、１５は
エア・クッション台車、１６は台車側緩衝装置、１７は
エア・ホース、１８は風洞内の下壁を形成する水平・平
滑床、１９は床緩衝装置、３１は風洞を表わす。風洞３
１内で自由飛行させ、その飛行運動特性を取得する供試
模型１は、その重心近傍において、球面ベアリング１
０、検力計１１を介してスライド・ロッド１２の上端に
接続されている。

【００１９】スライド・ロッド１２は、外筒１３の中を
上下方向に滑かにスライドできる機構とされている。ま
た、球面ベアリング１０により連結され、姿勢角を自在
に変更できるようにした供試模型１を、上端に連結した
スライド・ロッド１２の自重は、外筒１３に装着された
ウェイト・バランサー１４によって支えられている。さ
らに、外筒１３の下端部は、エア・クッション台車１５
の上面に固着されている。

【００２０】エア・クッション台車１５には、図示省略
した風洞３１外に設けられた圧縮空気供給源よりエア・
ホース１７を介して圧縮空気が供給される。この圧縮空
気は、エア・クッション台車１５、およびその上面に立
設されるスライド・ロッド１２からなる模型トラッキン
グ装置の自重、空力荷重を支えたうえ、エア・クッショ
ン台車１５の下部と水平・平滑床１８のわずかな間隙よ
り噴出されるため、エア・クッション台車１５は、水平
・平滑床１８上を滑かに走行することができる。また、
エア・クッション台車１５の外周縁部に装着された台車
側緩衝装置１６は、弾力性、および磁性を有する材質で
形成されている。なお、図２に示すように、エア・クッ
ション台車１５の裏面には、圧縮空気供給溝２０が刻設
されており、この圧縮空気供給溝２０は、エア・ホース
１７から供給される圧縮空気を、エア・クッション台車
１５の裏面の隅々に供給するようにしている。

【００２１】次に、スライド・ロッド１２の自重を支持
するウェイト・バランサー１４の具体的機構の一例を、
図３に示す斜視図で説明する。同図において、２１はラ
ック、２２はピニオン、２３はバックラッシュ防止用コ
イル・バネ、２４はゼンマイ・バネを表わす。ラック２
１は、スライド・ロッド１２の側面に沿って上下方向に
設けられており、このラック２１にピニオン２２が嵌合
する。ピニオン２２は、２枚のスパー・ギアで構成さ
れ、ラック２１の歯をピニオン２２の２枚のスパー・ギ
アの歯で挟みこむように、バックラッシュ防止用コイル
・バネ２３が機能するため、スライド・ロッド１２が上
方向から下方向、あるいは下方向から上方向にスライド
方向を変える時点でも、バックラッシュに起因する停止
状態は生じない。

【００２２】また、ゼンマイ・バネ２４は、ピニオン２
２に装着され、同ピニオン２２に対して回転トルクを与
え、このトルクがスライド・ロッド１２の自重を支え
る。なお、ゼンマイ・バネ２４は、十分な巻数を有し、
スライド・ロッド１２の位置が最上位から最下位間のい
ずれの位置にあっても、常にスライド・ロッド１２の自
重分に相当する一定トルクを与える。これにより、特に
解決すべき技術的課題もなく、実現性の高いウェイト・
バランサー１４が得られる。

【００２３】次に、飛行中の供試模型１が風洞３１の側
壁、天井、若しくは水平・平滑床１８、いわゆる風洞壁
と衝突することのない、風洞３１内の所定区画に設けら
れた飛行範囲から逸脱して、風洞壁と衝突する可能性の
ある風洞壁近傍を飛行しようとするとき、供試模型１に
制動力を加え、供試模型１の風洞壁への衝突を回避させ
る緩衝装置について説明する。

【００２４】図４は、これらの緩衝装置のうち、スライ
ド・ロッド１２に設けるスライド・ロッド用緩衝装置を
示す斜視図である。図において、２７ａ、２７ｂ，２７
ｃは、外筒上端側緩衝装置、２７ｄは外筒下端側緩衝装
置、２５はスライド・ロッド１２の鍔部、２６はスライ
ド・ロッド１２の底部を表わす。スライドロッド１２の
鍔部２５が、外筒上端側緩衝装置２７ａ，２７ｂ，２７
ｃに、また、スライド・ロッド１２の底部２６が、外筒
下端側緩衝装置２７ｄに接触すると、これらの緩衝装置
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄが収縮することによ
り、スライド・ロッド１２の運動エネルギーを吸収す
る。

【００２５】一方、図１に示すように、水平・平滑床１
８に四周に設けられ、柔軟に変形し、磁性を有する材質
で形成された床側緩衝装置１９、およびエア・クッショ
ン台車１５の周囲に設けられ、柔軟に変形するととも
に、床側緩衝装置１９の磁性体に反発する磁性を有する
材質で形成された台車側緩衝装置１６からなる、台車用
緩衝装置が設けられている。このように、台車用緩衝装
置を構成する床側緩衝装置１９の磁性体と、台車側緩衝
装置１６の磁性体とは、反発する極性が付与されてお
り、エア・クッション台車１５の台車側緩衝装置１６が
床側緩衝装置１９に接触する前であっても、互いに反発
力を発生し、エア・クッション台車１５を制動する。

【００２６】また、エア・クッション台車１５が床側緩
衝装置１９に接触すると、主として床側緩衝装置１９が
収縮することにより、エア・クッション台車１５の運動
エネルギーを吸収する。従って、風洞壁に接触する近傍
の制動領域においては、供試模型１には、制動力が付与
されて、風洞壁に衝突することがなく、供試模型１を安
全かつ確実に保持することが可能となる。

【００２７】このように、風洞３１内の水平・平滑床１
８上の水平面内を、滑かに走行するエア・クッション台
車１５を構成し、これに、ウェイト・バランサー１４
で、その自重を支えられたスライド・ロッド１２を組合
せることにより、風洞３１内を自由飛行する供試模型１
の動きに追従して、風洞３１内の任意の位置に移動でき
る模型トラッキング装置を実現することができる。ま
た、逆にエア・クッション台車１５、およびスライド・
ロッド１２の可動範囲において、検力計１１、および球
面ベアリング１０を介して、スライド・ロッド１２の上
端に接続された供試模型１は、３次元方向の並進運動と
回転運動の６自由度運動を非常に滑かに行うことが可能
となる。

【００２８】一方、水平・平滑床１８の四周に設けられ
た床側緩衝装置１９は、エア・クッション台車１５の台
車側緩衝装置１６が接触すると、床側緩衝装置１９が主
として収縮することにより、エア・クッション台車１６
の運動エネルギーを吸収し、これらの制動を行う。従っ
て、風洞壁に接触する近傍の制動領域での供試模型１の
飛行は、拘束され風洞壁に衝突することはなくなり、供
試模型１を安全かつ確実に保持することが可能となる。
また、上述した模型トラッキング装置を用いた自由飛行
風洞試験の試験準備段階においては、供試模型１の慣性
モーメントは変えることなく、その重量は、極力軽減
し、模型トラッキング装置、球面ベアリング１０、供試
模型１を含めた全体の重量が、実機のスケール比対応重
量になっていることが望ましい。

【００２９】本形態の風洞試験装置の製作に当っては、
エア・クッション台車１５、およびスライド・ロッド１
２の重量を、可能な限り軽減するとともに、スライド・
ロッド１２のスライド部、球面ベアリング１０の軸受部
の摩擦の低減を図ることが重要であり、また、模型トラ
ッキング装置全体にわたり、高速気流に晒される部分の
フェアリングを行い、極力、空力抵抗を低減させること
が好ましい。このように、重量軽減、摩擦低減、空力抵
抗低減により、模型トラッキング装置から供試模型１に
伝わる外力は、最少限に抑制することが可能である。ま
た、微小とはいえ、結果的に発生する模型トラッキング
装置から供試模型１に伝わる外力は、スライド・ロッド
１２上端の検力計１１によって計測され、その結果は、
自由飛行に及ぼす影響を定量的に把握するための解析に
供される。

【００３０】このように、本形態の風洞試験装置におい
ては、供試模型１が風洞壁に接触する近傍までの自由飛
行領域である飛行範囲では、エア・クッション台車１
５、スライド・ロッド１２、および球面ベアリング１０
の摩擦力、摩擦トルクが非常に小さく、また、高速気流
に晒される部分の空力抵抗も小さいため、供試模型１の
自由飛行運動に対する影響を小さくできる。すなわち、
供試模型１の３次元方向の並進運動と、回転運動の６自
由度運動に非常に滑かに追跡できる模型トラッキング装
置が実現できる。

【００３１】一方、供試模型１が飛行範囲から変位し
て、風洞壁に接近した飛行を行う場合、エア・クッショ
ン台車１５の台車側緩衝装置１６が、床側緩衝装置１９
に接近、接触し、またスライド・ロッド１２上端、ある
いは下端が外筒上端側緩衝装置２７ａ，２７ｂ，２７ｃ
および外筒下端側緩衝装置２７ｄに接触する。これに伴
い、これらの緩衝装置が収縮することによりエア・クッ
ション台車１５、およびスライド・ロッド１２の運動エ
ネルギーを吸収するため、風洞壁に接触する近傍の制動
領域においては、供試模型１には制動力が作用し、自由
飛行運動が拘束され、風洞壁に衝突することが回避でき
て、供試模型１を安全、かつ確実に保持することが可能
となる。

【００３２】また、わずかとはいえ、模型トラッキング
装置から供試模型１に伝わる外力は、スライド・ロッド
１２上端の検力計１１により計測される。例えば、風洞
軸に対して前後、左右、上下方向の３分力として計測さ
れた外力の計測結果より、自由飛行に及ぼす影響を、試
験後定量的に解析・評価することが可能となる。

【００３３】次に、図５は本発明の風洞試験装置の実施
の第２形態を示す斜視図である。本形態においては、図
に示すように、エア・クッション台車１５の内部全体が
エア・チャンバとなっている。また、本形態の水平・平
滑床１８は、台車側緩衝装置１６の磁性体に反発する極
性を持つ磁性床材で構成されている。従って、台車側緩
衝装置１６の下部と水平・平滑床１８の間隙が、小さけ
れば小さい程より大きな反発力が働く。

【００３４】一方、パスカルの原理により、エア・チャ
ンバであるエア・クッション台車１５内部の圧力は一定
であるため、台車側緩衝装置１６の下部と水平・平滑床
１８のわずかな間隙は、一定となり、エア・クッション
台車１５は、水平・平滑床１８上を滑かに走行する。

【００３５】従って、本形態においては、実施の第１形
態の場合と同様の効果を奏するが、更に第１形態に比
べ、構成要素数が少なく、精密加工に要する工数を低減
できる効果がある。

【００３６】

【発明の効果】以上、述べたように、本発明の風洞試験
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。

【００３７】（１）供試模型が風洞壁と衝突することな
い、風洞内に定められた飛行範囲を飛行しているとき
は、飛行を拘束する外力が供試模型に働かないため、自
由飛行中の運動特性を忠実に模擬でき、また、計測結果
から飛行運動特性を直接把握できるようになる。

【００３８】（２）供試模型が飛行範囲から外れて、風
洞壁に衝突する可能性のある制動範囲を飛行しようとす
ると、模型トラッキング装置等に設けた緩衝装置が働
き、供試模型に制動力が加わり、供試模型の風洞壁との
衝突が回避でき、供試模型を安全、確実に保持できる。

【００３９】（３）姿勢変動を含む供試模型の自由飛行
を許容する模型トラッキング装置から供試模型へ伝達さ
れる外力は、飛行範囲で微小になるようにしてあるが、
この微小な外力も検力計で検出され、定量的に把握され
るので、高精度の試験結果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の風洞試験装置の実施の第１形態を示す
全体斜視図、

【図２】図１に示す形態のエア・クッション台車の裏面
を示す斜視図、

【図３】図１に示す形態のスライド・ロッドを支持する
ウェイト・バランサーの斜視図、

【図４】図１に示す形態の緩衝装置としてのスライド・
ロッド用緩衝装置の斜視図、

【図５】本発明の風洞試験装置の実施の第２形態として
の、エア・クッション台車の裏面を示す斜視図、

【図６】従来の自由飛行試験用の風洞試験装置の一例を
示す斜視図である。

【符号の説明】

１供試模型２主翼３エルロン舵面４水平尾翼５エレベータ舵面６垂直尾翼７ラダー舵面８フレキシブル・ホース９ノズル１０球面ベアリング１１検力計１２スライド・ロッド１３外筒１４ウェイト・バランサ− １５エア・クッション台車１６台車側緩衝装置１７エア・ホース１８水平・平滑床１９床側緩衝装置２０圧縮空気供給溝２１ラック２２ピニオン２３バックラッシュ防止用コイル
バネ２４ゼンマイ・バネ２５スライド・ロッドの鍔部２６スライド・ロッドの底部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ外筒上端側緩衝装置２７ｄ外筒下端側緩衝装置２８プーリー２９ケーブル３０張力制御装置３１風洞Ｖ気流

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】風洞内の気流中で供試模型を自由飛行さ
せ、前記供試模型の飛行運動特性を取得するための風洞
試験装置において、前記風洞内の水平・平滑床上を、前
後、左右方向に走行するエア・クッション台車、および
前記エア・クッション台車上で、上下方向に滑動するス
ライド・ロッドからなる模型トラッキング装置と、前記
スライド・ロッドの上部で、姿勢角を自在にして前記供
試模型を支持する球面ベアリングと、前記スライド・ロ
ッドの上部に装着され、前記模型トラッキング装置から
前記供試模型へ伝達される外力を検出する検力計と、前
記風洞内に設定された飛行範囲内での前記供試模型の自
由飛行を許容するとともに、前記供試模型が前記風洞壁
に接近したとき、前記模型トラッキング装置に制動力を
発生させ、前記供試模型の飛行を制動する緩衝装置とを
具えたことを特徴とする風洞試験装置。