JPH1144607A - 風 洞 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 風洞において、気流に対する風洞試験模型の
相対角度を変化させるに当たり、模型支持装置を変角さ
せて風洞試験模型の姿勢を変化させなくとも済むように
し、そうすることにより、模型支持装置を変角させるた
めの複雑な変角機構を備え付ける必要がないようにし、
風洞試験模型に当たる気流のマッハ数を一定に保つこと
ができる一方、他方では可動壁の制御によりマッハ数を
積極的に変化させることもできるようにする。 【解決手段】 風洞は、風力発生装置により生成された
気流１４中において試験用供試体３ａを支持する試験用
供試体支持部３と、同試験用供試体支持部３を取り囲む
風洞壁とを有し、同風洞壁の少なくとも一部が、駆動手
段８により駆動されて気流の方向と交わる方向に移動可
能な可動壁２、４により形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気力学上の設備
として例えば航空機の開発等において使用することがで
きる風洞に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来の風洞の縦断面図である。
同図において、従来の超音速風洞は、ノズル０１を有
し、このノズル０１の下流側には模型支持装置０３が配
設されている。そして、模型支持装置０３に風洞試験模
型０２を支持させた状態で、風洞試験模型０２について
風洞試験が行なわれる。空気力学上の試験データは、例
えば風洞試験模型０２の迎角や横滑り角等に係るデータ
の取得の場合のように、気流０４と風洞試験模型０２と
の間の相対角度を変化させることによって取得する必要
があるため、従来においては、模型支持装置０３を変角
させて風洞試験模型０２の姿勢を変化させることによ
り、気流０４に対する風洞試験模型０２の相対角度を変
化させるようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
風洞は、模型支持装置０３を変角させることにより風洞
試験模型０２の姿勢を変化させて、気流０４に対する風
洞試験模型０２の相対角度を変化させるものであるた
め、模型支持装置０３に、模型支持装置０３を変角させ
るための複雑な変角機構を備え付ける必要があった。

【０００４】そこで、本発明は、気流に対する風洞試験
模型の相対角度を変化させるに当たり、模型支持装置を
変角させて風洞試験模型の姿勢を変化させることをしな
くとも済むようにし、その結果、模型支持装置を変角さ
せるための複雑な変角機構を備え付ける必要がないよう
にした、風洞を提供しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明の風洞は、風力発生装置により生成された気
流中において試験用供試体を支持する試験用供試体支持
部と、同試験用供試体支持部を取り囲む風洞壁とを有
し、同風洞壁の少なくとも一部が、駆動手段により駆動
されて気流の方向と交わる方向に移動可能な可動壁によ
り形成されている。

【０００６】また、本発明の風洞において、上記可動壁
が複数の可動壁よりなり、同複数の可動壁が、同複数の
可動壁を相互に連動させて駆動する連動機構とともに可
動壁組立体を構成している。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の実施の
形態について説明する。図１は本発明の１実施の形態に
係る風洞の縦断面図、図２は図１の実施の形態に係る風
洞の作動説明図、図３は本発明の別の実施の形態に係る
風洞の縦断面図である。

【０００８】まず図１において、超音速風洞は、ノズル
１を有し、このノズル１の下流側には試験用供試体支持
部を構成する模型支持装置３が配設されている。そし
て、模型支持装置３に、試験用供試体としての風洞試験
模型２を支持させた状態で、風洞試験模型２について風
洞試験を行なうことができるようになっている。

【０００９】このノズル１の形状は、試験マッハ数によ
り異なるが、２次元風洞の場合には線対称のノズル形状
とし、軸対称風洞の場合には軸対称のノズル形状とする
ことができる。そしてノズル１の形状は、全体的に滑ら
かな形状となっており、ノズル壁からの気流１４の乱れ
が風洞中心部に及ばないように詳細な計算を行ない、そ
れにより形状が決定される。

【００１０】図１の超音速風洞は、風力発生装置により
生成された気流１４中に試験用供試体としての風洞試験
模型３ａを支持する試験用供試体支持部としての風洞試
験模型支持装置３と、同試験用供試体支持部としての風
洞試験模型支持装置３を取り囲む風洞壁１３とを有し、
同風洞壁１３の少なくとも一部が、例えばヒンジ７によ
り枢支され、駆動手段としてのアクチュエータ８により
駆動されて気流１４の方向と交わる方向に移動可能な可
動壁２および可動壁４により形成されている。可動壁２
および可動壁４は、気流１４を挟んで対向して形成さ
れ、相互に図示されていない連動機構を介して連動する
対の可動壁として構成されている。可動壁２および可動
壁４は、図示されていない連動機構により相互に連動し
て駆動される可動壁組立体を構成している。

【００１１】図１の超音速風洞は、例えば矩形流路断面
を持っている。この矩形流路断面を持つ超音速風洞にお
いて、風洞壁１３を形成するノズル壁の一部の形状を、
上述のように可動壁２および可動壁４の移動により積極
的に変えることができる可変形状とし、気流１４側へと
突出した可動壁４の部分から意図的に斜め衝撃波５を発
生させ、この斜め衝撃波５により生じた気流１４の偏角
を利用することによって、偏角した後の気流６に対する
風洞試験模型３ａの、例えば迎角や横滑り角等の相対角
度を変化させることができる。

【００１２】可動壁２および可動壁４は、ヒンジ７の周
りに揺動自在であり、ヒンジ７を有する変角機構により
変角される。このような変角機構を持つ可動壁は、矩形
流路断面を形成する四面の風洞壁のうち一面の風洞壁の
みに配設することもできるが、より一般的には図１のよ
うに互いに対向する二面の風洞壁に配設する。このよう
に可動壁２および可動壁４を対の可動壁として互いに対
向する二面の風洞壁に配設することにより、風洞に２次
元風洞の機能を持たせることができる。

【００１３】矩形流路断面を形成する四面のすべてに上
述のような変角機構を持たせることもできるが、その場
合には、複雑な衝撃波の計算をして、衝撃波の下流側の
流れに関する物理量を決定しておく必要がある。

【００１４】可動壁２および可動壁４は、駆動手段とし
ての例えば油圧または電動のアクチュエータ８により駆
動されて移動する。この移動は風力発生装置による風洞
内への通風前に行なっても良いし、通風中に行なっても
良い。可変壁２および可動壁４は、例えば平面壁あるい
はその他の形状の壁体あるいは板体とすることができ
る。また、一つの面上の風洞壁につき一枚の可動壁を枢
支するか、あるいは複数枚の可動壁を組み合わせて配設
するかすることによって可動壁を構成することができる
が、基本的に空気力学上重要なのは、一枚の可動壁４で
ある。生成される衝撃波の強さとその下流の偏角の大き
さとは、可動壁４とその上流側の固定ノズル１の角度と
に基づいて、空気力学の理論から決定される。図１の風
洞において、ノズル１は、通風中は形状を変化させない
ように固定した形状を保っている。

【００１５】ところで、超音速気流においては、気流の
マッハ数は流路断面積により決まる。すなわち、流路断
面積が大きくなる程マッハ数は上昇する。他方、超音速
気流中に生じる斜め衝撃波においては、衝撃波を通過す
る気流が偏角を生じると共に、そのマッハ数も変化す
る。すなわち、気流の偏角が大きくなるに従い、マッハ
数は大きく下降する。したがって、図１の風洞におい
て、気流１４に偏角が生じると、それに伴ってマッハ数
が低下する。

【００１６】図２に本発明に係る空気力学上の原理を示
す。図２において、超音速気流１０の内側に向けて、壁
１２が角度δだけ屈折しているとき、壁１２の屈折部の
角部から斜角θの斜め衝撃波９が発生し、気流が曲げら
れて偏角が生じる。この気流の偏角は壁１２の屈折角δ
に等しい。したがって壁１２の屈折角を任意に設定すれ
ば、気流の偏角を自由に変化させることができる。斜め
衝撃波９が発生すると、斜め衝撃波９の上流側の気流１
０のマッハ数に対し、斜め衝撃波９の下流の気流１１の
マッハ数が低下しようとする。この低下の具合は、空気
力学の理論より計算することができる。

【００１７】そこで図３に、図１の実施の形態とは別の
形態の風洞として、気流の偏角に伴うマッハ数の低下を
防ぐようにした超音速風洞を示す。図３において、超音
速風洞は、風力発生装置により生成された気流中に、試
験用供試体としての風洞試験模型２３ａを支持する試験
用供試体支持部としての風洞試験模型支持装置２３と、
同試験用供試体支持部としての風洞試験模型支持装置２
３を取り囲む風洞壁３０とを有し、同風洞壁３０の少な
くとも一部が、例えばヒンジ２７により枢支され、駆動
手段としてのアクチュエータ２８により駆動されて気流
の方向と交わる方向に移動可能な可動壁２２および可動
壁２４により形成されている。可動壁２２および可動壁
２４は、気流を挟んで対向して形成され、相互に図示さ
れていない連動機構を介して連動する対の可動壁として
構成されている。

【００１８】上述のように、空気力学の理論により、気
流の流路断面積を大きくするとマッハ数が上昇するの
で、図３の風洞においては、以下に説明するように風洞
壁３０全体を可動壁として動かして、壁屈折によるマッ
ハ数の低下を補償し、マッハ数を一定に保つことができ
るようにしている。また、これとは逆に、マッハ数を意
図的に変化させる場合にも、図３に示した超音速風洞を
適用することができる。

【００１９】図３の風洞を例えば矩形断面の風洞とする
ことができる。図３の風洞が例えば矩形断面の風洞であ
る場合、風洞のノズル２１のスロート部２５より下流側
の全体を可動壁として油圧または電動アクチュエータ２
８で支持・移動させることができる。壁の下流部にはヒ
ンジ機構２７により揺動する可動壁２２、２４が配設さ
れている。可動壁２２、２４の下流側には風洞拡散筒２
２が接続されている。

【００２０】通常、ノズル２１の下流部で風洞壁３０を
屈折させる部分には、一方の可動壁２４を気流の内方へ
と揺動させ、反対側の可動壁２４を気流の外側へと揺動
させる。気流の内方へと揺動させた可動壁２４の角の所
から、斜め衝撃波が発生し、気流に偏角を生じさせる。
斜め衝撃波の下流側の流れのマッハ数が低下しようとす
るが、図３の風洞においては、あらかじめ可動壁２２、
２４の位置までの流路断面積を増加させてあるので、マ
ッハ数は低下しないで済む。このノズル２１のスロート
部２５より下流側の全体の可動壁の移動による流路断面
積の増加と、ノズル２１のスロート部２５より下流側の
全体の可動壁に続く可動壁２２、２４の屈折移動との組
み合わせにより、マッハ数を変化させることなしに、試
験用供試体としての風洞試験模型２３ａに当たる気流の
角度を変化させることができる。

【００２１】図３の風洞においては、ノズル２１のノズ
ル壁全体により形成された可動壁の移動により、流路断
面積を積極的に変化させるようにしている。そして、可
動壁２２および可動壁２４の揺動あるいは屈折により気
流に偏角を生じさせ、風洞試験模型２３ａと気流との相
対角度を変化させ、また、ノズル２１のノズル壁全体を
移動させて、流路断面積を変化させることにより、気流
のマッハ数の低下を抑制する。

【００２２】本発明の風洞は、風洞試験の際、風洞試験
模型と気流との相対角度を変化させる場合に、従来の方
法のように模型を回転移動させることなく、風洞壁を屈
曲させて気流に偏角を生じさせるものである。その結
果、模型支持装置に複雑な変角機構を装備させることな
く、気流に対する風洞試験模型の迎角や横滑り角等の相
対角度を変化させることができる。

【００２３】風洞壁の屈曲のための駆動装置としては、
例えば油圧または電動のアクチュエータを使用すること
ができ、これら油圧または電動のアクチュエータは、風
洞の外側に設置される。屈曲させる壁は１面のみ、２つ
の相向かい合う対の面、または４面すべてに配設しても
よいが、実用的には２面の可動壁を揺動あるいは移動さ
せるようにするのが一番効率的である。

【００２４】図３に示した風洞は、風洞壁に屈折部を設
けたときのマッハ数の低下を、ノズル全体の流路断面積
を変化させることによって補償する。流路断面積の変化
の度合いは、屈折角と関係し、斜め衝撃波によるマッハ
数の低下分を補償する分だけ行う。

【００２５】以上の説明においては、風洞試験模型に当
たる気流のマッハ数を一定に保つことについて説明した
が、これとは逆にマッハ数を積極的に変化させるように
することもできる。マッハ数の変化は、流路断面積と屈
折角とに依存し、その関係式は空気力学の理論より計算
される。

【００２６】

【発明の効果】本発明の風洞によれば、以下のような効
果が得られる。 （１）風力発生装置により生成された気流中において試
験用供試体を支持する試験用供試体支持部と、同試験用
供試体支持部を取り囲む風洞壁とを有し、同風洞壁の少
なくとも一部が、駆動手段により駆動されて気流の方向
と交わる方向に移動可能な可動壁により形成されている
ので、気流に対する風洞試験模型の相対角度を変化させ
るに当たり、可動壁を移動させるだけで、模型支持装置
を変角させて風洞試験模型の姿勢を変化させなくとも済
み、その結果、模型支持装置を変角させるための複雑な
変角機構を備え付ける必要がない（請求項１）。 （２）上記可動壁が、複数の可動壁よりなり、同複数の
可動壁が、同複数の可動壁を相互に連動させて駆動する
連動機構とともに可動壁組立体を構成しているので、風
洞試験模型に当たる気流のマッハ数を一定に保つことが
できる一方、他方では可動壁の制御によりマッハ数を積
極的に変化させることもできる（請求項２）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施の形態に係る風洞の縦断面図で
ある。

【図２】図１の実施の形態に係る風洞の作動説明図であ
る。

【図３】本発明の別の実施の形態に係る風洞の縦断面図
である。

【図４】従来の風洞の縦断面図である。

【符号の説明】

０１ ノズル ０２ 風洞試験模型 ０３ 模型支持装置 ０４ 気流 １ ノズル ２ 可動壁 ３ 試験用供試体支持部としての模型支持装置 ３ａ 試験用供試体としての風洞試験模型 ４ 可動壁 ５ 斜め衝撃波 ６ 気流 ７ ヒンジ ８ アクチュエータ ９ 斜め衝撃波 １０，１１ 気流 １２ 壁 １３ 風洞壁 １４ 気流 ２１ ノズル ２２ 可動壁 ２３ 試験用供試体支持部としての模型支持装置 ２３ａ 試験用供試体としての風洞試験模型 ２４ 可動壁 ２５ スロート部 ２７ ヒンジ機構 ２８ アクチュエータ ２９ 風洞拡散筒 ３０ 風洞壁 δ 壁の屈折角 θ 衝撃波の斜角

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 風力発生装置により生成された気流中に
   おいて試験用供試体を支持する試験用供試体支持部と、
   同試験用供試体支持部を取り囲む風洞壁とを有し、同風
   洞壁の少なくとも一部が、駆動手段により駆動されて気
   流の方向と交わる方向に移動可能な可動壁により形成さ
   れていることを特徴とする、風洞。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の風洞において、上記可
   動壁が複数の可動壁よりなり、同複数の可動壁が、同複
   数の可動壁を相互に連動させて駆動する連動機構ととも
   に可動壁組立体を構成していることを特徴とする、風
   洞。