JPH1194868A - 風特性測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、大型構造物を連設する予定地等、
上空の風特性を測定するため風特性測定装置に関する。
従来の風特性測定装置は、風速計が風速計を上空の所定
高度に吊持する索に取り付けられていたため、索が衝突
し、また索の影響により正確な風速測定が困難であっ
た。本発明は、従来の風速測定装置の不具合を解消する
とともに、所定高度の風向も測定できるようにした風特
性測定装置の提供を課題とする。 【解決手段】 本発明の風特性測定装置は、幅広の楕円
体形状の胴体を有する固定翼航空機形状に形成され、空
中を浮揚する気球２１と、気球２１のそれぞれに装備さ
れ、気球２１近傍の風速を計測する風速計２３と、端部
に設けたスイベルジョイント２２１で気球２１に連結さ
れ、気球２１を風の特性を計測する各高度に配置する索
２２とを設けるものとした。これにより、風速計２３が
索２２の影響を受けず所定高度の正確な風速が計測でき
るとともに、気球の向きにより風向も計測できるように
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、上空における風
向、風速等、風の特性を調査する場合などに使用される
風特性測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大型構造物や風力発電装置などを建設す
る場合には、事前に建設地における風の特性を調査する
必要がある。

【０００３】図３は、このような大型構造物や風力発電
装置などの建設地の上空における、風の特性を調査する
場合などに使用されている、従来の風速測定装置を示す
図である。図に示すように、従来の風速測定装置は、浮
揚力を有する１体の楕円体、或いは球状の気球０１によ
り、１本のケーブル０２を風Ｖの特性を調査する高度に
まで引き上げ、風Ｖの特性を調査する高度に位置するケ
ーブル０２の高さのそれぞれに多数の風速計０３を取り
付け、風Ｖの特性（風速）を計測するようにしている。

【０００４】従って、気球０１には、空気よりも軽い、
例えばヘリュームガスなどを封入して浮揚力をもたせ、
ケーブル０２に取付けた多数の風速計０３を風の特性を
調査する高度に保持させるようにして、地表０７から上
空までの調査を必要とする高度の風Ｖの風速を測定する
ようにしている。なお、図において、０４，０５は、気
球０１が風Ｖを受けたとき、気球０１の先端が風Ｖの方
向を向くようにして、風Ｖの特性のうち風向を調査する
ために気球０１の後部に設けた垂直尾翼、および水平尾
翼である。

【０００５】しかしながら、上述した従来の風速測定装
置においては、風速が強くなると気球０１が、図におけ
るＡ点からＢ点へ水平方向に移動し、これに伴なって、
風速計０３の平面方向の位置、および高さが所定の場所
からずれて、風Ｖの特性を調査する必要のある上空の所
定の位置、高さにおける風速の測定が、困難になるとい
う不具合が発生する。

【０００６】さらに、図４（ａ）は、このような従来の
風速測定装置の不具合を解消するため、本出願人が特願
平７−２１０５８５号「上空浮揚装置」で提案した風速
測定装置を示す図である。

【０００７】この風速測定装置においては、中間に風速
計１３が装着されたケーブル１２を上空へ浮揚させる気
球１１に、気球１１が風Ｖを受けたとき、気球１１を上
昇させるように揚力を発生させるようにした翼１６を取
付けたものである。

【０００８】これにより、気球１１には内部に充填した
ヘリウムガス等による浮揚力が発生するとともに、翼１
６に作用する空気力によって、気球１１に揚力が発生
し、この浮揚力および揚力が、気球１１を無風状態にお
ける気球１１の位置と同じ位置へ戻す力となって、風力
による気球１１の移動量が大幅に少なくし、気球１１が
所定の位置、高さに略一定に保持されるようになり、風
速計１３が風の特性を調査する所定の高度に保持できる
ようになり、従来の風速測定装置において、風速が強く
なると気球０１が水平方向に移動し、これに伴なって、
風速計０３の平面方向の位置、および高さがずれて風Ｖ
の特性を調査する必要のある上空の所定の位置、高さに
おける風速の測定が困難になるという不具合を解消する
ことができるようになる。

【０００９】さらに、図４（ｂ）は気球１１′を楕円体
形状に形成することにより、気球１１′にも大きな揚力
を発生させるようにして、翼１６および気球１１′に発
生する揚力によって気球１１′を無風状態と同じ位置へ
戻すようにして気球１１′の移動量が大幅に少なくし、
上述した不具合をより効果的に解消するようにしたもの
である。なお、これらの図において、１４，１５は気球
１１，１１′が風を受けたとき、気球１１，１１′の先
端が風の方向を向くようにして、風の特性のうち風向を
調査するため、気球１１，１１′が配置された高さの風
向のみであるが、気球１１又は１１′の後部に設けた垂
直尾翼および水平尾翼、１７は索１２を繋留する地表で
ある。しかしながら、本出願人が先に提案したこのよう
な風速測定装置、若しくは第３図に示した従来の風速測
定装置では、索１２，０２の途中の高さに風速計１３，
０３を直接取付けるようにしてあり、索１２，０２と風
速計１３，０３の位置関係で、索１２，０２に発生する
乱れによって、索１２，０２が風速計１３，０３に当た
ることがあり、これらの風速測定装置においては、正確
な風の特性が得られないことが生じるという不具合があ
る。

【００１０】さらに、上述した風速測定装置では、風の
特性を測定する高度に風速計０３，１３を設けているだ
けであるために、その高度における風速は、精度上の問
題はあるものの、一応測定でき、大型構造物や風力発電
装置などを建設する場合に、風速とともに重要となる各
高度における風向が正確に測定できないという不具合が
ある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の風速
測定装置の上述した不具合を解消するため、楕円体形状
の胴体を具える固定翼航空機の形状に形成され、空中を
浮揚する気球に装備され、気球近傍の風速を計測する風
速計と、気球と連結し、気球を風の特性を計測する各高
度に配置する索との衝突が起こらないようにして、各高
度における正確な風速データが得られるとともに、気球
と索との連結部を旋回自在にして、風による気球の運動
を阻害しないようにして、各高度における正確な風向デ
ータが得られるようにした風特性測定装置を提供するこ
とを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の風特
性測定装置は、次の手段とした。

【００１３】（１）楕円体形状の胴体、胴体の両側から
外側方に伸展され、大きな揚力を発生させることのでき
る主翼、胴体の後部に配設され胴体にピッチ運動を発生
させる水平尾翼、および胴体の後部に配設され胴体にヨ
ー運動を発生させる垂直尾翼を具え、固定翼航空機と略
同形状にされ、内部にヘリウムガス等が充填されて浮揚
力を持つようにした気球を設けた。

【００１４】（２）気球の周辺を流れる風の攪乱の影響
が少い、例えば気球の先端又は垂直尾翼の頂端部に装備
され、気球が配置されている高度における一様流の流速
を正確に計測できるようにした風速計を設けた。なお、
風速計としては風力によって変化する回転を測定するこ
とによって風速を計測するようにした風車式のもので
も、静圧、動圧を計測して、これらの圧力から算出して
風速を計測するようにしたピトー管式のものでも良い。

【００１５】（３）端部に設けた相互の旋回運動を規制
しないようにするスイベルジョイントで、気球の上端部
若しくは下端部と連結し、スイベルジョイントで相互に
連結される気球相互間の干渉をなくすとともに、気球と
の間隔を変えて、気球を風の特性を計測する各高度に配
置できるようにした索を設けた。なお、スイベルジョイ
ントで連結する索の一端は、気球に風が作用したとき、
気球が安定側に運動する位置に連結することが好まし
い。

【００１６】さらに、風速計をそれぞれ設けるようにし
た気球は、風特性を測定する必要のある高度が複数点あ
る場合は、その高度の数だけ設けて、端部にスイベルジ
ョイントを設けた索で直列状に連結して、各気球を測定
する必要のある各高度にそれぞれ配置するようにするこ
ともできるものである。

【００１７】本発明の風特性測定装置は、上述のように
構成されているので、本出願人が先に、提案した風速測
定装置と同様に、大きい風力の風が発生するときでも、
主翼および胴体によって発生する大きな揚力（浮揚力）
によって、気球は無風状態と同じ位置へ戻すようにして
移動し、気球の移動量が大幅に少なくなり、風の特性を
測定する風速計を所定の高度に維持させることができる
ことに加えて、風の特性を測定する各高度に気球を配置
することにより、各気球は垂直尾翼および水平尾翼の働
きで各高度における風の方向を指向するので、各高度に
おいて風向の乱れがある場合においても、高度別の風向
を正確に測定できる。

【００１８】さらに、風速を測定する風速計が気球を連
結する索ではなく、気球の、しかも気球周辺を流れる風
の攪乱を受ける少い位置に設置されるので、索の乱れで
索が風速計に衝突することなく、また索による風の乱れ
が影響することもないので風の特性を測定する各高度に
おける風速を正確に計測できる。

【００１９】また、風の特性を測定する高度に気球を配
置する索は、スイベルジョイント気球で連結するように
しているので、気球は索との連結部で自由に回動でき、
上述した垂直尾翼、水平尾翼の働きで、常に風の方向に
頭を向けるようになり、風向が正確に測定できるととも
に、風速計を気球の機軸方向に合せて設置することによ
り、常に正確な風速が計測できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の風特性測定装置の
実施の一形態を図面にもとづき説明する。図１は本発明
の風特性計測装置の実施の第１形態を示す斜視図であ
る。なお、図１においては、所定の３つ高度における風
の特性を同時に計測できるようにした風特性計測装置の
実施の形態を示した。

【００２１】図において、２１は気球で楕円体形状にさ
れて、気球２１に作用する風Ｖによって大きな揚力を発
生させることができるとともに、内部に空気より比重の
小さいヘリウムガス等を充填して浮揚力を発生させるよ
うにした胴体２１１，胴体２１１の両側から外側方に伸
展され、作用する風Ｖによって大きな揚力を発生させる
ことができるようにした主翼２１２，胴体２１１の後端
部に配設され、胴体２１１の頭上げ、下げ運動、いわゆ
るピッチ運動を発生させる水平尾翼２１３、および胴体
の後部に配設され、胴体２１１の左，右方向の運動、い
わゆるヨー運動を発生させる垂直尾翼２１４を具え、固
定翼航空機と略同形状にされ、内部に充填したヘリウム
ガスによる浮揚力と胴体２１１および主翼２１２により
発生する揚力によって、前述した従来の気球０１，１１
に比較して大きな浮揚力を持たせるようにした。

【００２２】２３は風速計で各気球２１の周辺を流れる
風Ｖの攪乱の影響が少い、例えば気球２１の先端に気球
２１が配置されている高度における、気球２１がない状
態、換言すれば気球２１の影響を受けない風Ｖである一
様流の流速を計測するようにしている。なお、風速計２
３としては、風Ｖの速度によって変化する回転数によっ
て風速を計測するようにした、図１，図２に示すような
風車式のものでも、静圧、動圧を計測して風速を計測す
るようにした、ピトー管式のものを採用するようにして
も良い。

【００２３】２２は、索で端部に設けた、相互の旋回運
動を規制しないようにしたスイベルジョイント２２１
で、気球２１の上端部若しくは下端部と連結し、スイベ
ルジョイントで相互に連結される気球２１の間隔を変え
て、各気球２１を風の特性を計測する各高度に配置して
直列状に連結するようにしている。

【００２４】スイベルジョイント２２１で連結する索２
２の一端は、気球２１に風が作用したとき気球２１が安
定側に運動する位置、すなわち、胴体２１１、主翼２１
２に作用する風Ｖによって気球２１に発生する揚力の中
心が気球２１の重心位置よりも後方になるようにして連
結するようにしている。

【００２５】本実施の形態の風特性測定装置によれば、
大きい風力の風Ｖが発生するときでも、主翼２１２およ
び胴体２１１によって発生する大きな揚力、および胴体
２１１の内部にヘリウムガスを充填した気球２１は、無
風状態と同じ位置へ気球２１戻すようにして移動し、移
動量が大幅に少なくなり、風Ｖの特性を測定する風速計
２３は、計測を必要とする所定の高度に維持させること
ができる。

【００２６】また、風Ｖの特性を測定する各高度に気球
２１が配置され、各気球２１は、垂直尾翼２１４および
水平尾翼２１３の働きで、各高度における風Ｖの方向を
正しく指向するので、各高度において風向の乱れが生じ
ている場合においても、高度別の風向を目視等により正
確に測定できるようになる。

【００２７】さらに、風速を測定する風速計２３が気球
２１を連結する索２２ではなく、気球２１の、しかも気
球２１周辺を流れる風の攪乱を受けることが少い位置に
設置されているので、索２２の乱れで索２２が風速計２
３に衝突するようなことはなく、また索２２により発生
する風Ｖの乱れが、風速計２３の計測値に影響すること
もないので、風の特性を測定する各高度における風速を
正確に計測できる。

【００２８】また、風Ｖの特性を測定する各高度に気球
２１を配置する索２２は、スイベルジョイント２２１で
気球２１と連結するようにしているので、気球２１は索
２２との連結部は、回動自在にされ、上述した垂直尾翼
２１４、水平尾翼２１４の働きで、各気球２１は、常に
各気球２１が配置された高さに発生している風の方向に
頭を向けるようになり、気球２１の向きを目視すること
により、風向が正確に測定できるとともに、風速計２３
を気球２１の胴体２１（機軸方向）に合せて設置するこ
とにより、常に正確な風速が計測できるようになる。

【００２９】なお、本発明の風特性計測装置は、実施の
第２形態を示す図２に示すように所定の高度の一つの風
の特性を計測するようにすることも、また、図１に示す
３点以上の高度における風の特性を計測するようにする
こともできる。さらに、風速計２３は、図２に示すよう
気球２１の周辺を流れる風Ｖの攪乱の影響が少い、例え
ば、図２に示すように、垂直尾翼２１４の頂端部に装備
するようにして、気球２１が配置されている高度におけ
る一様流の流速を計測するようにしても良い。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の風特性測
定装置によれば、楕円体形状の胴体を有する固定翼航空
機形状に形成され、空中を浮揚する気球と、気球のそれ
ぞれに装備され、気球近傍の風速を計測する風速計と、
端部に設けたスイベルジョイントで気球に連結され、気
球と風の特性を計測する高度に配置する索とを設けるも
のとした。これにより、 （１）主翼および胴体によって発生する大きな揚力（浮
揚力）によって気球は無風状態と同じ位置へ戻すように
して移動し、気球の移動量が大幅に少なくなり、風の特
性を測定する風速計は、計測の必要な所定の高度に維持
できる。 （２）風の特性を測定する高度に気球が配置され、気球
は垂直尾翼および水平尾翼の働きで、配置された高度に
おける風の方向を指向するので、高度別の風向を正確に
測定できる。 （３）風速を測定する風速計が、気球を連結する索では
なく、気球の、しかも気球周辺を流れる風の攪乱を受け
る少い位置に設置されるので、索が風速計に衝突するこ
となく、また索による風の乱れが影響することもないの
で、風の特性を測定する高度における風速を正確に計測
できる。 （４）風の特性を測定する高度に気球を配置する索は、
スイベルジョイントで気球と連結するようにしているの
で、気球は索との連結部で自由に回動でき、上述した垂
直尾翼、水平尾翼の働きで、気球は常に風の方向を向く
ようになり、風向の正確な目視計測が可能になるととも
に、風速計を気球の機体軸に合せて設置することによ
り、正確な風速データが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の風特性計測装置の実施の第１形態を示
す斜視図，

【図２】本発明の風特性計測装置の実施の第２形態を示
す部分斜視図，

【図３】従来の風速計測装置の１例を示す斜視図，

【図４】従来の風速計測装置の他の例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

２１ 気球 ２１１ 胴体 ２１２ 主翼 ２１３ 水平尾翼 ２１４ 垂直尾翼 ２２ 索 ２２１ スイベルジョイント ２３ 風速計

フロントページの続き (72)発明者 松浪 雄二 長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工業株式 会社長崎造船所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上空における風の特性を測定する風特性
   測定装置において、楕円体形状の胴体を有する固定翼航
   空機形状に形成され、空中を浮揚する気球と、前記気球
   に装備され、前記気球近傍の風速を計測する風速計と、
   端部に設けたスイベルジョイントで前記気球に連結さ
   れ、前記気球を風の特性を計測する高度に配置する索と
   を設けたことを特徴とする風特性測定装置。