JPS60164233A - 動的空気力の計測方法並びにその計測システム - Google Patents
動的空気力の計測方法並びにその計測システムInfo
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- JPS60164233A JPS60164233A JP1843384A JP1843384A JPS60164233A JP S60164233 A JPS60164233 A JP S60164233A JP 1843384 A JP1843384 A JP 1843384A JP 1843384 A JP1843384 A JP 1843384A JP S60164233 A JPS60164233 A JP S60164233A
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- Japan
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- model
- vibration
- force
- aerodynamic
- damping
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M9/00—Aerodynamic testing; Arrangements in or on wind tunnels
- G01M9/06—Measuring arrangements specially adapted for aerodynamic testing
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Bridges Or Land Bridges (AREA)
- Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
（−） 技術分野
本発明は、橋梁の耐風応答と動的解析する上での基礎と
なる重要なデータである動的空気力を風洞実験によりめ
るための計測方法並びに法および強制振動法などが提案
されている。
なる重要なデータである動的空気力を風洞実験によりめ
るための計測方法並びに法および強制振動法などが提案
されている。
自由振動法は、第１図に示す如く、風洞気流中で模型振
動試験装置ｌにばね２で支持した模型３と、加振減衰機
４２用いて加振した後、自由振動させてその振動を観測
し、模型の振動数と対数減衰率とから動的空気力を間接
的にめる方法であるが、乱流中における計測の場合、模
型が不規則に振動するため計測が難しく、精度上問題が
残る。
動試験装置ｌにばね２で支持した模型３と、加振減衰機
４２用いて加振した後、自由振動させてその振動を観測
し、模型の振動数と対数減衰率とから動的空気力を間接
的にめる方法であるが、乱流中における計測の場合、模
型が不規則に振動するため計測が難しく、精度上問題が
残る。
強制振動法は模型を風洞気流中で強制的に加振し、模型
に作用する外力から模型の慣性力を引き去り、残りヲ模
型の動的空気力として直接的に検出する方法であるが、
実験設備が高価であることや低風速小振幅の場合、模型
の慣性力に比べて動的空気力が微小であるため動的空気
力の検出に技術と要し、測定精度も落ちるなどの難点が
ある。
に作用する外力から模型の慣性力を引き去り、残りヲ模
型の動的空気力として直接的に検出する方法であるが、
実験設備が高価であることや低風速小振幅の場合、模型
の慣性力に比べて動的空気力が微小であるため動的空気
力の検出に技術と要し、測定精度も落ちるなどの難点が
ある。
目 的
本発明は、従来の動的空気力計測方法の上述の問題点に
かんがみ、乱流中においても精度の良い対数減衰率を得
ることが出来る簡単な構成の動的空気力計測方法ならび
にその計測システムを提供することを目的とする。本発
明の方法は従来の風洞模型振動試験装置にばね支持され
た模型を定常加振して定常振幅の振動をさせるのに必要
な加振力（または減衰力）および模型の変位を計測する
ことにより対数減衰率をめ、その結果空力減衰および動
的空気力を検出することを特徴とし、この方法は既存の
風洞模型振動試験装置に加振力（または減衰力）を計測
するため張力計を組合せただけの装置で実施できる０ 発明の理論の詳細な説明 動的空気力は、例えば２次元剛体のたわみｌ自由度の場
合次式で表わさ几る。（動的空気力係数に換算） ただしＬｈＲ＊ Ｌｈｌ ”そ几ぞれ動的空気力係数の
実数部、虚数部 パ質量減衰″ラメータ（＝マ・ ｍ：単位長さあたシの質量 ρ：空気密度 ｂ二手弦長） ωｈ：たわみ振動の固有円振動数 ω２：たわみ振動の円振動数 ζｈ：たわみ振動の減衰定数 δ２：たわみ振動の対数減衰率（＝ 空力減衰δａ十構造減衰δｈ） 一般に動的空気力係数は構造物の断面形状ｒ換製 算風速、振幅ｉおよび迎角α等の関数である。
かんがみ、乱流中においても精度の良い対数減衰率を得
ることが出来る簡単な構成の動的空気力計測方法ならび
にその計測システムを提供することを目的とする。本発
明の方法は従来の風洞模型振動試験装置にばね支持され
た模型を定常加振して定常振幅の振動をさせるのに必要
な加振力（または減衰力）および模型の変位を計測する
ことにより対数減衰率をめ、その結果空力減衰および動
的空気力を検出することを特徴とし、この方法は既存の
風洞模型振動試験装置に加振力（または減衰力）を計測
するため張力計を組合せただけの装置で実施できる０ 発明の理論の詳細な説明 動的空気力は、例えば２次元剛体のたわみｌ自由度の場
合次式で表わさ几る。（動的空気力係数に換算） ただしＬｈＲ＊ Ｌｈｌ ”そ几ぞれ動的空気力係数の
実数部、虚数部 パ質量減衰″ラメータ（＝マ・ ｍ：単位長さあたシの質量 ρ：空気密度 ｂ二手弦長） ωｈ：たわみ振動の固有円振動数 ω２：たわみ振動の円振動数 ζｈ：たわみ振動の減衰定数 δ２：たわみ振動の対数減衰率（＝ 空力減衰δａ十構造減衰δｈ） 一般に動的空気力係数は構造物の断面形状ｒ換製 算風速、振幅ｉおよび迎角α等の関数である。
ここでｒ、？、ｈおよびαが一定のとき上式がら対数減
衰率δ２および振動数比（ωｈＡｚ）がわかｎば、動的
空気力係数ＬｈＲｗ Ｌｈｌがめらｎるが、自由振動法
による乱流中の計測の場合、波形が不規則となり対数減
衰率δ２をめることは一般ＶＣ難かしい。ところ、てこ
の対数減衰率δ２は上式より動的空気力係数の精度を大
きく支配していることから、対数減衰率を精度良くめる
ことは動的空気力を計測する上で必要不可欠なこととな
ってくる。ここで （風の作用を受けた振動系の対数減衰率δ２）−（構造
減衰δｈ）＋（空力減衰δａ）であり、構造減衰δｈが
既知であ几ば、対数減衰率δ２をめることは空力減衰δ
８をめることに等しい。
衰率δ２および振動数比（ωｈＡｚ）がわかｎば、動的
空気力係数ＬｈＲｗ Ｌｈｌがめらｎるが、自由振動法
による乱流中の計測の場合、波形が不規則となり対数減
衰率δ２をめることは一般ＶＣ難かしい。ところ、てこ
の対数減衰率δ２は上式より動的空気力係数の精度を大
きく支配していることから、対数減衰率を精度良くめる
ことは動的空気力を計測する上で必要不可欠なこととな
ってくる。ここで （風の作用を受けた振動系の対数減衰率δ２）−（構造
減衰δｈ）＋（空力減衰δａ）であり、構造減衰δｈが
既知であ几ば、対数減衰率δ２をめることは空力減衰δ
８をめることに等しい。
風の作用を受けた振動系の対数減衰率δ２をめる方法は
以下のとおりである。いま、模型振動試験装置にばね支
持した模型を風洞気流中で加振減衰機によって定常振幅
の振動をさせるとき、振動系に入出力するエネルギーの
和は零である。すなわち、 −Ｅ、＋ Ｅ２＋ Ｅ３＝ ０ ここで、Ｅｌ；加振減衰機からの加振（−１，たは減衰
〕エネルギー Ｅ２；模型振動幅における構造減衰による減衰エネルギ
ー Ｅ３；空気力による減衰（または発散）エネルギー 一方、振動系の対数減衰率δと振動系の振動エネルギー
Ｅとの関係は周知のように次式で表わさｎる。
以下のとおりである。いま、模型振動試験装置にばね支
持した模型を風洞気流中で加振減衰機によって定常振幅
の振動をさせるとき、振動系に入出力するエネルギーの
和は零である。すなわち、 −Ｅ、＋ Ｅ２＋ Ｅ３＝ ０ ここで、Ｅｌ；加振減衰機からの加振（−１，たは減衰
〕エネルギー Ｅ２；模型振動幅における構造減衰による減衰エネルギ
ー Ｅ３；空気力による減衰（または発散）エネルギー 一方、振動系の対数減衰率δと振動系の振動エネルギー
Ｅとの関係は周知のように次式で表わさｎる。
δ＝直
Ｅ
ここでΔＥはｌサイクルあたりの振動系の発散（または
減衰）エネルギーである。この関係式を使うとき δ２＝δｈ＋δ。
減衰）エネルギーである。この関係式を使うとき δ２＝δｈ＋δ。
＝ｈ」二ｈ
Ｅ
＝」ｈ
ＺＥ
となυ風の作用を受けた振動系の対数減衰率δ２がめら
れる。
れる。
さらに、構造減衰δ２が既知のとき次式がら空力減衰δ
８が得られる。
８が得られる。
δ８＝δ２−δｈ
（構造減衰δｈの算出法については、
土木学会年次学術講演会１部、１９８３において、本発
明者等が報告した「無風時の空力減衰に関する一考案Ｊ
２参照さｆｌ、たい。） ところで４を計測する方法としては、例えば次の２つが
考えられる。
明者等が報告した「無風時の空力減衰に関する一考案Ｊ
２参照さｆｌ、たい。） ところで４を計測する方法としては、例えば次の２つが
考えられる。
イ）振動波形が正弦波でない場合、逐次積分Ｅ、 ＝
ｄＦｄ！ を用いてＥ、請求めることができる。（第３図、第４図
に八ツチングで示ス） 口）振動波形が正弦波の場合、すなわち第５図に示す如
く加振力（または減衰力〕がＦ＝Ａｓｉｎωｔ１模型変
位がｘ＝ＢｓＩｆＩ（ωｔ−θ）（θ：位相差）で表わ
されるとき、Ｅ□は次式で与えられる。
ｄＦｄ！ を用いてＥ、請求めることができる。（第３図、第４図
に八ツチングで示ス） 口）振動波形が正弦波の場合、すなわち第５図に示す如
く加振力（または減衰力〕がＦ＝Ａｓｉｎωｔ１模型変
位がｘ＝ＢｓＩｆＩ（ωｔ−θ）（θ：位相差）で表わ
されるとき、Ｅ□は次式で与えられる。
Ｅ１＝ ＡＢπ歯θ
また空力減衰δ８をめる式は、次式のように表わすこと
もできる。
もできる。
δ ＝ Ｅｘ ＝ ｊ二に
’ ＺＥ ＺＢ
またＥｌは上記のイ）、口）の方法でめることができる
。
。
構 成
以上の理論により動的空気力をめるには、模型を風洞気
流中で定常加振下で定常振幅の振動をさせ、その時の加
振力（又は減衰力）及び模型変位又は加速度を検出する
ことが必要である。
流中で定常加振下で定常振幅の振動をさせ、その時の加
振力（又は減衰力）及び模型変位又は加速度を検出する
ことが必要である。
そのための計測システムは、第２図に示す如く、風洞気
流中で模型振動試験装置ｌに模型３をばね２で支持し、
加振減衰機４を用いて模型３を定常加振下で定常振幅の
振動をさせ、加振力（または減衰力）？測定するために
加振減衰機４がら上記模型３に加振力（または減衰力）
？伝達する系の途中に張力計５を挿入したシステム？使
用すればよい。第２図と第１図を比較すれば明らかなよ
うに、このシステムは従来の模型振動試験システムに張
力計を組合せただけのもので殆んど既存のものを利用す
ることができる。
流中で模型振動試験装置ｌに模型３をばね２で支持し、
加振減衰機４を用いて模型３を定常加振下で定常振幅の
振動をさせ、加振力（または減衰力）？測定するために
加振減衰機４がら上記模型３に加振力（または減衰力）
？伝達する系の途中に張力計５を挿入したシステム？使
用すればよい。第２図と第１図を比較すれば明らかなよ
うに、このシステムは従来の模型振動試験システムに張
力計を組合せただけのもので殆んど既存のものを利用す
ることができる。
なお、上記の計測法において、模型の変位を測定する代
りに加速度計により加速度を計測し、と些と加振力との
関係から空力減衰および動的空気力を測定することもで
きる。
りに加速度計により加速度を計測し、と些と加振力との
関係から空力減衰および動的空気力を測定することもで
きる。
なお、以上の説明中の加振力と減衰力とは第３図と第４
図における加振力Ｆと模型変位Ｘが描く履歴曲線の回転
方向が正負逆になっただけのものであるから、両者を一
緒にして広く加振力と云うことができる。したがって、
本発明で云う「加振」には「減衰」をも含むものとする
。
図における加振力Ｆと模型変位Ｘが描く履歴曲線の回転
方向が正負逆になっただけのものであるから、両者を一
緒にして広く加振力と云うことができる。したがって、
本発明で云う「加振」には「減衰」をも含むものとする
。
効 果
以上の如く、本発明の計測法によると、乱流中において
も、空力減衰が精度良く計測でき、さらにこのことが動
的空気力の計測精度向上にもつながることになる。また
既存の模型振動試験装置および張力計を活用するという
点で強制振動法の場合よりも安価に計測できる利点があ
る。
も、空力減衰が精度良く計測でき、さらにこのことが動
的空気力の計測精度向上にもつながることになる。また
既存の模型振動試験装置および張力計を活用するという
点で強制振動法の場合よりも安価に計測できる利点があ
る。
第１図は従来の模型振動試験システムの一例を示す図式
図、第２図は本発明による動的空気力計測システムの一
例を示す図式図、第３図は加振力と模型変位より加振減
衰機からの加振エネルギーをめる方法を概念的に示す図
式図、′第４図は同様に減衰エネルギーをめる方法を概
念的に示す図式図、第５図は振動波形が正弦波の場合の
加振力と模型変位の波形と位相差？示す曲線図である。 ｌ・・・模型振動試験装置 ２・・・ばね３・・・模型
４・・・加振減衰機 ５・・・張力計 手続補正書 昭和５９年 ４月 １１日 特許庁長官 若杉和夫 殿 ｌ 事件の表示 昭和５９年 特 許 願第１８４３３ 号２ 発明の名
称 動的空気力の計測方法並びにその計測システム３ 補正
をする者 事件との関係 特 許 出願人 に所力ｇ＃。 氏名（名称） （０９７）川崎重工業株式会社４代理人 ６、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄及び図面。 ７、補正の内容 （１） 明細書箱４頁３行目の「２次元剛体」の次に「
模型」を追加する。 と訂正する。 π π −と訂正する。 （４）同書第６頁７行目の「模型振動幅」を［模型振動
振幅］と訂正する。 （５）同書同頁１１〜１２行目の１振動エネルギー」を
「最大運動エネルギー」と訂正する。 正する。 （９）同書第８頁５行目の式中に２度出てくる「ＺＥ」
を「２Ｅ」 と訂正する。 （１０）同書同頁７貨目の「振動系」を「最大運動」と
訂正する。 （１１） 第５図を別紙と差し換える。 第５図
図、第２図は本発明による動的空気力計測システムの一
例を示す図式図、第３図は加振力と模型変位より加振減
衰機からの加振エネルギーをめる方法を概念的に示す図
式図、′第４図は同様に減衰エネルギーをめる方法を概
念的に示す図式図、第５図は振動波形が正弦波の場合の
加振力と模型変位の波形と位相差？示す曲線図である。 ｌ・・・模型振動試験装置 ２・・・ばね３・・・模型
４・・・加振減衰機 ５・・・張力計 手続補正書 昭和５９年 ４月 １１日 特許庁長官 若杉和夫 殿 ｌ 事件の表示 昭和５９年 特 許 願第１８４３３ 号２ 発明の名
称 動的空気力の計測方法並びにその計測システム３ 補正
をする者 事件との関係 特 許 出願人 に所力ｇ＃。 氏名（名称） （０９７）川崎重工業株式会社４代理人 ６、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄及び図面。 ７、補正の内容 （１） 明細書箱４頁３行目の「２次元剛体」の次に「
模型」を追加する。 と訂正する。 π π −と訂正する。 （４）同書第６頁７行目の「模型振動幅」を［模型振動
振幅］と訂正する。 （５）同書同頁１１〜１２行目の１振動エネルギー」を
「最大運動エネルギー」と訂正する。 正する。 （９）同書第８頁５行目の式中に２度出てくる「ＺＥ」
を「２Ｅ」 と訂正する。 （１０）同書同頁７貨目の「振動系」を「最大運動」と
訂正する。 （１１） 第５図を別紙と差し換える。 第５図
Claims (3)
- （１） 風洞気流中に模型をばねで支持し、加振減衰機
により定常加振して定常振幅の振動を行なわしめ、その
時の加振力及び模型変位を測定し、上記加振力及び模型
変位より空力減衰および動的空気力分検出することを特
徴とする動的空気力の計測方法。 - （２）風洞気流中に模型をばねで支持し、加振減衰機に
より定常加振して定常振幅の振動を行なわしめ、その時
の加振力及び模型の加速度を測定し、上記加振力及び加
速度より空力減衰および動的空気力を検出することを特
徴とする動的空気力の計測方法。 - （３）風洞による模型振動試験装置と、該模型振動試験
装置にばねで支持した模型を加振する加振減衰機と、該
加振減衰機から上記模型に加振力を伝達する系の途中に
挿入した張力計とを有することを特徴とする動的空気力
の計測クステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1843384A JPS60164233A (ja) | 1984-02-06 | 1984-02-06 | 動的空気力の計測方法並びにその計測システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1843384A JPS60164233A (ja) | 1984-02-06 | 1984-02-06 | 動的空気力の計測方法並びにその計測システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60164233A true JPS60164233A (ja) | 1985-08-27 |
Family
ID=11971509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1843384A Pending JPS60164233A (ja) | 1984-02-06 | 1984-02-06 | 動的空気力の計測方法並びにその計測システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60164233A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7340948B2 (en) * | 2005-10-11 | 2008-03-11 | Airbus Espana, S.L. | System for sealing variable gaps for scale models tested in an aerodynamic tunnel |
| WO2019153247A1 (zh) * | 2018-02-09 | 2019-08-15 | 大连理工大学 | 一种桥梁竖向和扭转耦合大振幅自由振动风洞试验装置 |
| US10900865B2 (en) * | 2018-03-06 | 2021-01-26 | Dalian University Of Technology | Experimental setup for three-degree-of-freedom large-amplitude free vibration in wind tunnel test |
-
1984
- 1984-02-06 JP JP1843384A patent/JPS60164233A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7340948B2 (en) * | 2005-10-11 | 2008-03-11 | Airbus Espana, S.L. | System for sealing variable gaps for scale models tested in an aerodynamic tunnel |
| WO2019153247A1 (zh) * | 2018-02-09 | 2019-08-15 | 大连理工大学 | 一种桥梁竖向和扭转耦合大振幅自由振动风洞试验装置 |
| US10866159B2 (en) | 2018-02-09 | 2020-12-15 | Dalian University Of Technology | Large-amplitude vertical-torsional coupled free vibration device for wind tunnel test |
| US10900865B2 (en) * | 2018-03-06 | 2021-01-26 | Dalian University Of Technology | Experimental setup for three-degree-of-freedom large-amplitude free vibration in wind tunnel test |
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