JP2003014576A - Supersonic variable nozzle system - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は超音速可変ノズルに
関し、超音速風洞に用いられ、広範囲に所望のマッハ数
が設定できるようにしたものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a supersonic variable nozzle, which is used in a supersonic wind tunnel so that a desired Mach number can be set in a wide range.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図６は従来の超音速風洞の一般的な構成
図であり、図において、２０は高圧気体供給源、２１は
気体供給部でスロート２２を通って超音速ノズル２３へ
気体を供給する。超音速ノズル２３はスロート２２から
流入する気体を超音速状態まで膨張させるために先端に
向かって末広がりの形状となっている。２４は風洞本体
であり、超音速ノズル２３からの気流によって流動状態
を試験するための試験モデル３０が取付けられる。２５
は排気部であり、気体を排出する。2. Description of the Related Art FIG. 6 is a general configuration diagram of a conventional supersonic wind tunnel. In the figure, 20 is a high-pressure gas supply source, and 21 is a gas supply section that passes gas through a throat 22 to a supersonic nozzle 23. Supply. The supersonic nozzle 23 has a shape that widens toward the tip in order to expand the gas flowing from the throat 22 to a supersonic state. Reference numeral 24 denotes a wind tunnel body, to which a test model 30 for testing the flow state by the air flow from the supersonic nozzle 23 is attached. 25
Is an exhaust part and discharges gas.
【０００３】上記構造の風洞において、所望のマッハ数
の気流を得るために超音速ノズル２３が用いられるが、
超音速ノズル２３はスロート部２２の面積Ｓ1 とノズル
出口の面積Ｓ2 との面積比Ｓ2 ／Ｓ1 に対応したマッハ
数の気体を得るためにテーパ形状となっている。図６は
超音速ノズルの形状と対応するマッハ数との関係を示す
概念図である。スロート部２３の面積Ｓ1 と出口の面積
Ｓ2 との比（Ｓ2 ／Ｓ 1 ）を種々変化させると、そのノ
ズル形状Ｋ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 と、この比を変化させて増大
させた時のマッハ数Ｍ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 のように、ノズル
形状に応じてマッハ数が変化する。そのために、所望の
マッハ数を得るために、そのマッハ数に対応した形状の
超音速ノズル２３を用いる必要がある。In the wind tunnel of the above structure, the desired Mach number
The supersonic nozzle 23 is used to obtain the air flow of
The supersonic nozzle 23 has an area S of the throat portion 22.1And nozzle
Exit area S2Area ratio S with2/ S1Mach compatible with
It has a tapered shape in order to obtain several gases. Figure 6
Shows the relationship between supersonic nozzle shape and corresponding Mach number
It is a conceptual diagram. Area S of the throat portion 231And the area of the exit
S2Ratio with (S2/ S 1) Is changed,
Cheat shape K1, K2, K3And increase by changing this ratio
Mach number M when allowed to1, M2, M3Like the nozzle
The Mach number changes depending on the shape. For that, the desired
In order to obtain the Mach number, the shape corresponding to the Mach number
It is necessary to use the supersonic nozzle 23.
【０００４】従来の超音速風洞では所望のマッハ数を得
るために、予め複数の形状の異なるノズルを製作してお
き、所望のマッハ数に適合したノズルと交換して使用す
る方法が採用されている。又、他の方法としては、ノズ
ルのテーパ形状を可変形として複数の油圧シリンダ等に
よりテーパ形状を変化させて所望のマッハ数に合った形
状を得ることも行なわれている。しかし、前者の方法で
は、複数のノズルを段階的に多数製作し、これらを保管
しておく必要があり、設備が大がかりとなり、又、適合
する形状のノズルを選んだとしても、段階的なマッハ数
しか得られない。又、後者の方法では、可変ノズルは設
計時に予め定められたマッハ数のみの設定しかできず、
きめ細かなマッハ数の設定ができず、連続的なマッハ数
を得ることができない限定された使用となっていた。In the conventional supersonic wind tunnel, in order to obtain a desired Mach number, a method is used in which a plurality of nozzles having different shapes are manufactured in advance, and the nozzle is replaced with a nozzle suitable for the desired Mach number. There is. As another method, the taper shape of the nozzle is made variable and the taper shape is changed by a plurality of hydraulic cylinders or the like to obtain a shape matching a desired Mach number. However, in the former method, it is necessary to manufacture a plurality of nozzles in a stepwise manner and store them, which requires a large amount of equipment, and even if a nozzle of a suitable shape is selected, a stepwise Mach is required. I only get the number. Also, in the latter method, the variable nozzle can only set the Mach number that is predetermined at the time of design,
The Mach number could not be set finely, and it was a limited use where a continuous Mach number could not be obtained.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
超音速風洞においては、マッハ数を変更する場合には、
ノズルを交換して対応するマッハ数に合ったのものを使
用する方法か、又は油圧装置、等によりノズルのテーパ
形状を変化させ所望のノズル形状に設定する可変ノズル
方式があるが、前者では多数のノズルを準備する必要が
あり、設備が大がかりとなり、又、後者の方法でも予め
設定されたマッハ数が得られるが、連続的できめ細かな
マッハ数の設定ができず、かならずしも充分な風洞試験
ができなかった。As described above, in the conventional supersonic wind tunnel, when the Mach number is changed,
There is a method of replacing the nozzle and using one that matches the corresponding Mach number, or there is a variable nozzle method that changes the taper shape of the nozzle with a hydraulic device etc. and sets it to the desired nozzle shape, but in the former there are many It is necessary to prepare a nozzle, the equipment becomes large, and the latter method can also obtain a preset Mach number, but it is not possible to set the Mach number continuously and finely, and it is not always possible to perform a sufficient wind tunnel test. There wasn't.
【０００６】そこで本発明は、従来のように多数のノズ
ルを準備する必要もなく、１つの設備で必要なマッハ数
が連続的に得られ、広範囲のマッハ数での風洞試験が実
施できる超音速可変ノズルシステムを提供することを課
題としてなされたものである。In view of the above, according to the present invention, it is not necessary to prepare a large number of nozzles as in the prior art, the required Mach number can be continuously obtained with one equipment, and the wind tunnel test can be performed with a wide range of Mach numbers. It is an object to provide a variable nozzle system.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために、次の（１）、（２）の手段を提供する。The present invention provides the following means (1) and (2) in order to solve the above-mentioned problems.
【０００８】（１）超音速ノズルを有する風洞のシステ
ムにおいて、風洞の両側面を構成する側壁と、同両側壁
間で上下に配設され同両側壁と摺動可能な上下のノズル
壁面と、同上下のノズル壁面にそれぞれ接続し、同ノズ
ル壁面を上下に移動可能な複数のシリンダと、同複数の
シリンダを駆動する制御装置と、前記超音速ノズル出口
の圧力を計測する圧力センサと、前記制御装置へ前記シ
リンダの駆動用データを出力するコンピュータとを備
え、前記コンピュータは、予め入力されたノズル上流の
圧力、温度、初期のノズル形状データ及び前記圧力セン
サの計測信号を入力し、これら各データからノズル内部
の流動解析の演算を行い、ノズル出口での所望のマッハ
数とするような前記ノズルの各シリンダ位置での形状デ
ータを算出し、前記初期ノズル形状を前記算出した各位
置での形状データとなるような前記アクチュエータの駆
動用データを前記制御装置へ出力することを特徴とする
超音速可変ノズルシステム。(1) In a wind tunnel system having supersonic nozzles, side walls forming both side surfaces of the wind tunnel, and upper and lower nozzle wall surfaces disposed vertically between the both side walls and slidable with the both side walls, A plurality of cylinders that are respectively connected to the upper and lower nozzle wall surfaces and are movable up and down on the nozzle wall surfaces; a control device that drives the plurality of cylinders; a pressure sensor that measures the pressure at the supersonic nozzle outlet; A computer for outputting the cylinder driving data to the control device, wherein the computer inputs the pressure upstream of the nozzle, the temperature, the initial nozzle shape data and the measurement signal of the pressure sensor, which are input in advance, The calculation of the flow analysis inside the nozzle is performed from the data, and the shape data at each cylinder position of the nozzle to obtain the desired Mach number at the nozzle outlet is calculated. Supersonic variable nozzle system and outputs the driving data of the actuator such that the shape data of the period nozzle shape at each position the calculated to the control device.
【０００９】（２）超音速ノズルを有する風洞のシステ
ムにおいて、前記超音速ノズルは、複数の分割部分を軸
方向に配置し同複数の分割部分同志は伸縮部材により連
接されると共に、各分割部分の断面形状はそれぞれ上下
方向には伸縮部材を介して伸張、縮小して変形可能な構
成とし、前記複数の分割部分にそれぞれ接続し同分割部
分の断面形状を上下に伸縮することにより変形可能とす
る複数のシリンダと、同複数のシリンダを駆動する制御
装置と、前記超音速ノズル出口の圧力を計測する圧力セ
ンサと、前記制御装置へ前記シリンダの駆動用データを
出力するコンピュータとを備え、前記コンピュータは、
予め入力されたノズル上流の圧力、温度、初期のノズル
形状データ及び前記圧力センサの計測信号を入力し、こ
れら各データからノズル内部の流動解析の演算を行い、
ノズル出口での所望のマッハ数とするような前記ノズル
の各分割部分の形状データを算出し、前記初期ノズル形
状を前記算出した各分割部分での形状データとなるよう
な前記アクチュエータの駆動用データを前記制御装置へ
出力することを特徴とする超音速可変ノズルシステム。(2) In a wind tunnel system having a supersonic nozzle, the supersonic nozzle has a plurality of divided portions arranged in an axial direction, and the plurality of divided portions are connected by an elastic member and each divided portion is connected. The cross-sectional shape of each is vertically expandable and contractible via an elastic member so that it can be deformed, and can be deformed by connecting to each of the plurality of divided portions and vertically expanding and contracting the sectional shape of the divided portions. A plurality of cylinders, a control device that drives the plurality of cylinders, a pressure sensor that measures the pressure at the supersonic nozzle outlet, and a computer that outputs driving data for the cylinders to the control device. Computer
Pre-input nozzle upstream pressure, temperature, the initial nozzle shape data and the measurement signal of the pressure sensor are input, and the flow analysis inside the nozzle is calculated from each of these data,
Driving data for the actuator that calculates the shape data of each divided portion of the nozzle to obtain a desired Mach number at the nozzle outlet, and the initial nozzle shape becomes the calculated shape data of each divided portion. Is output to the control device.
【００１０】本発明の（１）、（２）においては、コン
ピュータは予めノズル上流の圧力、温度、初期のノズル
形状のデータを入力しておき、ノズル出口での目標のマ
ッハ数が指定されるとノズル形状データからノズル内部
の流動解析の演算を行い、初期のノズル形状でのノズル
出口でのマッハ数を予測する。予測マッハ数が目標マッ
ハ数と一致しないと、ノズル形状を変化させ、目標とす
るマッハ数と予測マッハ数とを一致させる演算を行い、
両マッハ数が一致すると、ノズル各分割部分の断面形状
を算出し、この断面形状に合うように各分割部分に接続
されたアクチュエータの変位量を求め、制御装置に指令
して制御装置を介して各アクチュエータを作動させ、ノ
ズルの各分割部分の断面形状を変化させる。この時には
ノズル出口の計測圧力が圧力センサよりコンピュータへ
入力され、コンピュータは、この計測圧力値より実際の
マッハ数を求め、目標マッハ数と一致したか否かを調
べ、一致していないと流動計算によりノズル形状を変化
させて微調整し、マッハ数が目標値となるように演算を
し、制御装置を介して各アクチュエータを駆動させ、各
分割部分の断面形状の変化を微調整して目標マッハ数を
得るように制御する。In (1) and (2) of the present invention, the computer inputs pressure upstream of the nozzle, temperature, and initial nozzle shape data in advance, and the target Mach number at the nozzle outlet is specified. And the nozzle shape data are used to calculate the flow analysis inside the nozzle, and the Mach number at the nozzle outlet in the initial nozzle shape is predicted. If the predicted Mach number does not match the target Mach number, the nozzle shape is changed and the calculation to match the target Mach number and the predicted Mach number is performed.
When both Mach numbers match, the cross-sectional shape of each divided portion of the nozzle is calculated, the displacement amount of the actuator connected to each divided portion is calculated so as to match this sectional shape, and the controller is instructed to Each actuator is operated to change the cross-sectional shape of each divided portion of the nozzle. At this time, the pressure measured at the nozzle outlet is input to the computer from the pressure sensor, and the computer determines the actual Mach number from this measured pressure value, checks whether it matches the target Mach number, and if it does not match, calculates the flow. Change the nozzle shape to make fine adjustments, calculate so that the Mach number reaches the target value, drive each actuator via the control unit, and make fine adjustments to the change in the cross-sectional shape of each divided portion to obtain the target Mach. Control to get the number.
【００１１】上記の構成のシステムにより、連続したマ
ッハ数がきめ細かく設定でき、任意のマッハ数での超音
速風洞試験が、付帯する大がかりな設備を必要とせず
に、１つのシステムで容易、かつ正確に実施できる。With the system having the above-mentioned configuration, the continuous Mach number can be finely set, and the supersonic wind tunnel test at an arbitrary Mach number can be easily and accurately performed by one system without the need for additional equipment. Can be carried out.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の第１形態に係る超音速可変ノズルシステムを示し、
（ａ）は全体構成図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢
視図である。図において、本発明の特徴は、ノズル側壁
７ａ，７ｂ，ノズル壁面８ａ，８ｂ、油圧又は電動から
なるシリンダ９ａ〜９ｂ，シリンダ駆動装置３、コンピ
ュータ４、入力装置５、圧力センサ６を備えた構成であ
り、ノズル壁面８ａ，８ｂの位置を変化させた可変ノズ
ルとしたものである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a supersonic variable nozzle system according to a first embodiment of the present invention.
(A) is a whole block diagram, (b) is an AA arrow view in (a). In the figure, the feature of the present invention is that the nozzle side walls 7a and 7b, the nozzle wall surfaces 8a and 8b, the cylinders 9a to 9b formed by hydraulic pressure or electric power, the cylinder drive device 3, the computer 4, the input device 5, and the pressure sensor 6 are provided. The variable nozzle has different positions of the nozzle wall surfaces 8a and 8b.
【００１３】図１において、風洞は両側の側壁７ａ７ｂ
が固定されており、その間に上下のノズル壁面８ａ，８
ｂを配置している。ノズル壁面８ａ，８ｂは両側の側壁
７ａ，７ｂに接して上下に摺動し移動可能であり、又、
ノズル壁面８ａ，８ｂ自身が変形して上下に変化して移
動することも可能である。図示の例では、上側のノズル
壁面８ａには３か所でシリンダ９ａ，９ｂ，９ｃが接続
し、下側のノズル壁面８ｂにはシリンダ９ｄ，９ｅ，９
ｆが接続し、シリンダ９ａ〜９ｆのシリンダロッドを伸
縮することによりのズル壁面の位置を変化させることが
できる。又、風洞出口近辺には圧力センサ６が設けられ
ている。In FIG. 1, the wind tunnel has side walls 7a7b on both sides.
Is fixed, and the upper and lower nozzle wall surfaces 8a, 8 are interposed therebetween.
b is arranged. The nozzle wall surfaces 8a, 8b are in contact with the side walls 7a, 7b on both sides and can move by sliding up and down.
It is also possible that the nozzle wall surfaces 8a and 8b themselves are deformed to change vertically and move. In the illustrated example, cylinders 9a, 9b, 9c are connected to the upper nozzle wall surface 8a at three locations, and cylinders 9d, 9e, 9 are connected to the lower nozzle wall surface 8b.
It is possible to change the position of the slip wall surface by connecting f and expanding and contracting the cylinder rods of the cylinders 9a to 9f. A pressure sensor 6 is provided near the wind tunnel outlet.
【００１４】シリンダ９ａ〜９ｆはシリンダ駆動制御装
置３により制御され、コンピュータ４は入力装置５から
入力されたデータに基づいて、後述するようにシリンダ
駆動制御装置３を制御しシリンダ９ａ，〜９ｆを介して
ノズル壁面の位置を設定する。The cylinders 9a to 9f are controlled by the cylinder drive control device 3, and the computer 4 controls the cylinder drive control device 3 based on the data input from the input device 5 so that the cylinders 9a to 9f are controlled. To set the position of the nozzle wall.
【００１５】コンピュータ４は、入力装置５から入力さ
れたノズル出口での目標マッハ数のデータに基づいて、
目標マッハ数が得られるようにノズル内部の流動解析を
行い、ノズルの軸方向での断面形状のデータを演算し、
各分割部分の断面形状を定め、各シリンダ９ａ〜９ｆに
シリンダ駆動制御装置３を介して駆動信号を送り、各シ
リンダにより各分割部分を演算で得られた断面形状が得
られるように作動させて形状を設定する。The computer 4, based on the data of the target Mach number at the nozzle outlet input from the input device 5,
Perform flow analysis inside the nozzle to obtain the target Mach number, calculate the cross-sectional shape data in the axial direction of the nozzle,
A cross-sectional shape of each divided portion is determined, a drive signal is sent to each of the cylinders 9a to 9f through the cylinder drive control device 3, and each cylinder is operated so that each divided portion can obtain the obtained sectional shape. Set the shape.
【００１６】コンピュータ４では、入力装置５から入力
されたデータに基づいてＣＦＤ（Computational Fluid
Dynamics）の手法により目標のノズル出口でのマッハ数
が得られるように、流動解析を行い、ノズル壁面８ａ，
８ｂの軸方向の各位置での最適な流動分布から断面形状
寸法を定め、この断面形状となるように各シリンダ９ａ
〜９ｆの作動信号をシリンダ駆動制御装置３へ送り、シ
リンダ駆動制御装置３は各シリンダ９ａ〜９ｆを駆動さ
せノズルの形状を変える。In the computer 4, the CFD (Computational Fluid) is calculated based on the data input from the input device 5.
The flow analysis is performed so that the target Mach number at the nozzle outlet can be obtained by the
The cross-sectional shape dimension is determined from the optimum flow distribution at each axial position of 8b, and each cylinder 9a is made to have this cross-sectional shape.
.About.9f actuation signals are sent to the cylinder drive controller 3, and the cylinder drive controller 3 drives each cylinder 9a to 9f to change the shape of the nozzle.
【００１７】ノズルの形状が変わると、スロート部の断
面積Ｓ1 とノズル出口の断面積Ｓ2との比Ｓ2 ／Ｓ1 が
変化し、図７で説明したようにこの比に応じてマッハ数
も変化する。この時のノズル出口の圧力は圧力センサ６
で計測されてコンピュータ４へ入力され、コンピュータ
４は演算により得られた結果によりシリンダ９ａ〜９ｆ
を制御し、測定された圧力センサ６からの圧力値からマ
ッハ数を求め、目標のマッハ数とに差があれば、この差
をなくするように演算を行い、目標のマッハ数が得られ
るように各シリンダ９ａ〜９ｆを制御する。When the shape of the nozzle changes, the ratio S 2 / S 1 of the cross-sectional area S 1 of the throat portion and the cross-sectional area S 2 of the nozzle outlet changes, and as described with reference to FIG. The numbers also change. At this time, the pressure at the nozzle outlet is the pressure sensor 6
Is input to the computer 4, and the computer 4 uses the results obtained by the calculation to determine the cylinders 9a to 9f.
The Mach number is calculated from the measured pressure value from the pressure sensor 6, and if there is a difference from the target Mach number, calculation is performed to eliminate this difference, and the target Mach number is obtained. To control the cylinders 9a to 9f.
【００１８】図２は本発明の実施の第２形態に係る超音
速可変ノズルシステムの構成図である。ずにおいて、高
圧気体供給源２０、気体供給部２１、スロート部２２、
風洞本体２４、排出部２５、試験モデル３０は図５に示
す従来の超音速風洞と同じであり、本発明の特徴部分
は、可変ノズル１０の構造、油圧シリンダ１ａ〜１ｆ、
そのロッド２、シリンダ駆動制御装置３、コンピュータ
４、入力装置５、ノズル出口の圧力センサ６の構成にあ
り、以下に詳しく説明する。FIG. 2 is a block diagram of a supersonic variable nozzle system according to a second embodiment of the present invention. In addition, the high pressure gas supply source 20, the gas supply unit 21, the throat unit 22,
The wind tunnel main body 24, the discharge part 25, and the test model 30 are the same as those of the conventional supersonic wind tunnel shown in FIG. 5, and the characteristic part of the present invention is the structure of the variable nozzle 10, the hydraulic cylinders 1a to 1f,
The rod 2, the cylinder drive control device 3, the computer 4, the input device 5, and the pressure sensor 6 at the nozzle outlet are configured and will be described in detail below.
【００１９】図２において、可変ノズル１０はスロート
部２２からノズル出口に向かって拡大するテーパ形状で
あり、軸方向に複数に分割されており、それぞれ伸縮部
１１，１２，１３，１４，１５，１６及び１７で接続さ
れてノズルを構成している。ノズルは水平面で上，下に
分割され、上，下の部分は伸縮部材１７で接続され、上
方の部分は軸方向に分割された分割部分が配列し、各分
割部分の周囲は互いに伸縮部材１１，１２，１３，１
４，１５，１６で接続され、全体の可変ノズル１０を構
成している。In FIG. 2, the variable nozzle 10 has a taper shape that expands from the throat portion 22 toward the nozzle outlet, and is divided into a plurality of parts in the axial direction, and the expansion / contraction parts 11, 12, 13, 14, 15, respectively. 16 and 17 are connected to form a nozzle. The nozzle is divided into upper and lower parts in a horizontal plane, the upper and lower parts are connected by an elastic member 17, the upper part is arranged with axially divided divided parts, and the circumference of each divided part is expanded and contracted with each other. , 12, 13, 1
4, 15 and 16 are connected to each other to form the entire variable nozzle 10.
【００２０】従って、各分割部分は上方の部分のみが分
割されて構成され、これら上方の分割部分は、それぞれ
独立して可動できる構造である。可変ノズル１０の各分
割部分には、後述するように油圧シリンダ１ａ，１ｂ，
１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆが連結されており、その外形を
任意の形状に変化させることができる構造である。各油
圧シリンダ１ａ〜１ｆはそれぞれ固定側３１へ固定され
ている。圧力センサ６はノズル出口の圧力を計測し、そ
の計測信号はコンピュータ４へ入力される。Therefore, each of the divided portions is constructed by dividing only the upper portion, and the upper divided portions have a structure which can be independently moved. As will be described later, the hydraulic cylinders 1a, 1b,
1c, 1d, 1e and 1f are connected to each other, and the outer shape thereof can be changed to an arbitrary shape. The hydraulic cylinders 1a to 1f are fixed to the fixed side 31, respectively. The pressure sensor 6 measures the pressure at the nozzle outlet, and the measurement signal is input to the computer 4.
【００２１】コンピュータ４、シリンダ駆動制御装置
３、入力装置５を用いた油圧シリンダ１ａ〜１ｆによる
ノズル断面形状の制御は、上記実施の第１形態で説明し
た内容と同じであるので説明は省略する。The control of the nozzle cross-sectional shape by the hydraulic cylinders 1a to 1f using the computer 4, the cylinder drive control device 3, and the input device 5 is the same as the contents described in the first embodiment, and therefore the description thereof is omitted. .
【００２２】図３は上記に説明した可変ノズルの詳細を
示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）におけ
るＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図
である。これら図において、可変ノズル１０の上半部分
は複数に分割（図示の例では６分割）されており、上半
部分と下半部分は左右において軸方向に伸縮部材１７で
接続されている。更に各分割部分の周囲は伸縮部材１
１，１２，１３，１４，１５，１６で互いに接続され、
全体として下半部分と上半部分の各分割部分とで先端へ
向かって末広がり形状の可変ノズル１０を構成してい
る。3A and 3B are diagrams showing the details of the variable nozzle described above. FIG. 3A is a side view, FIG. 3B is a sectional view taken along line BB in FIG. 3A, and FIG. FIG. In these figures, the upper half part of the variable nozzle 10 is divided into a plurality of parts (6 parts in the illustrated example), and the upper half part and the lower half part are connected to the left and right by an elastic member 17 in the axial direction. Furthermore, the circumference of each divided portion is a stretchable member 1.
1, 12, 13, 14, 15, 16 are connected to each other,
As a whole, the lower half portion and the upper half portion of each divided portion constitute a variable nozzle 10 having a divergent shape toward the tip.
【００２３】上記の可変ノズル１０では、各油圧シリン
ダ１ａ〜１ｆのロッド２が上下動すると、各分割部分は
伸縮部材１７により下半部分に対して上下動を可能と
し、又、伸縮部材１１〜１６により、各隣接する上半部
分の各分割部分同志が互いに上下動可能となり、全体と
して任意のテーパ形状の可変ノズル１０が各油圧シリン
ダ１ａ〜１ｆを駆動し、そのロッド２を上下動させるこ
とにより実現できる。なお、伸縮部材１１〜１７は蛇腹
状の可動部材又は弾性変形可能な弾性材料等を用いれば
よい。In the variable nozzle 10 described above, when the rod 2 of each hydraulic cylinder 1a to 1f moves up and down, each divided portion can be moved up and down with respect to the lower half portion by the elastic member 17, and the elastic members 11 to 11 are also movable. By means of 16, the respective divided parts of the adjacent upper half parts can move up and down with respect to each other, and the variable nozzle 10 having an arbitrary tapered shape as a whole drives the respective hydraulic cylinders 1a to 1f and vertically moves the rod 2. Can be realized by The elastic members 11 to 17 may be formed of bellows-shaped movable members or elastically deformable elastic materials.
【００２４】上記に説明した実施の第１、第２形態の超
音速可変ノズルによれば、第１形態ではノズル壁面８
ａ，８ｂを両側壁７ａ，７ｂ間に配置し、又、第２形態
においては、超音速ノズルを上半部分と下半部分に分割
して伸縮部材１７で左右両側を軸方向に接続すると共
に、上半部分を複数に分割して各分割部分同志を、それ
ぞれ伸縮部材１１〜１６で接続して可変ノズル１０を構
成する。このような可変ノズルにおいて、コンピュータ
４は所望のマッハ数を得るための可変ノズルの形状を、
ＣＦＤによる演算によりノズル内の流動計算を行い決定
し、このノズル形状となるようにアクチュエータ９ａ〜
９ｆ，又は各油圧アクチュエータ１ａ〜１ｆを駆動させ
ると共に、ノズル出口の圧力を圧力センサ６で測定して
この信号をフィードバックして最適のノズル形状を得る
ように制御するので、連続したマッハ数がきめ細かく設
定でき、任意のマッハ数での風洞試験が実施できる。According to the supersonic variable nozzles of the first and second embodiments described above, the nozzle wall surface 8 is formed in the first embodiment.
a and 8b are arranged between both side walls 7a and 7b, and in the second embodiment, the supersonic nozzle is divided into an upper half portion and a lower half portion, and the left and right sides are axially connected by the elastic member 17. , The upper half portion is divided into a plurality of portions, and the respective divided portions are connected to each other by the elastic members 11 to 16 to form the variable nozzle 10. In such a variable nozzle, the computer 4 changes the shape of the variable nozzle to obtain a desired Mach number,
The flow in the nozzle is calculated and determined by the calculation by the CFD, and the actuators 9a ...
9f, or each hydraulic actuator 1a to 1f is driven, the pressure at the nozzle outlet is measured by the pressure sensor 6, and this signal is fed back to control so as to obtain the optimum nozzle shape, so that the continuous Mach number is finely adjusted. It can be set and a wind tunnel test can be performed at any Mach number.
【００２５】図４は上記の実施の第１、第２形態に係る
超音速ノズルシステムにおけるコンピュータ４が実施す
る制御のフローチャートである。図において、スタート
後Ｓ１において、入力装置５から、目標マッハ数
（Ｍ），ノズル壁形状（Ｓ），上流圧力（Ｐ），上流温
度（Ｔ）の各データが入力され、Ｓ２において、これら
データを用いてＣＦＤによるノズル内部の流動解析を行
う。FIG. 4 is a flowchart of control executed by the computer 4 in the supersonic nozzle system according to the first and second embodiments described above. In the figure, after starting S1, each data of the target Mach number (M), nozzle wall shape (S), upstream pressure (P), upstream temperature (T) is input from the input device 5, and these data are input at S2. Is used to analyze the flow inside the nozzle by CFD.
【００２６】Ｓ２において行った流動解析の結果によ
り、Ｓ３においてノズル壁形状（Ｓ）におけるノズル出
口のマッハ数（Ｍ0 ）を予測する。次に、Ｓ４におい
て、予測されたマッハ数（Ｍ0 ）と目標マッハ数Ｍとの
分布が一致するか否か調べ、一致すればＳ６へ進み、一
致しないとＳ5 でノズル壁形状を（Ｓ）から変更し、Ｓ
1へ戻り、再びＳ２において流動解析を行う。From the result of the flow analysis performed in S2, the Mach number (M 0 ) at the nozzle outlet in the nozzle wall shape (S) is predicted in S3. Next, in S4, it is checked whether the distributions of the predicted Mach number (M 0 ) and the target Mach number M match. If they match, the process proceeds to S6. If they do not match, the nozzle wall shape is changed to (S) in S5. Change from S
Returning to 1, the flow analysis is performed again in S2.
【００２７】Ｓ６においては、予測マッハ数が適正な値
であり、ノズル各点におけるアクチュエータの変位量を
決定し、アクチュエータを作動させ、ノズル壁形状を変
化させる。続いて、Ｓ７においてノズル出口のマッハ数
を圧力センサで計測した値から求めて、Ｓ８において目
標マッハ数の分布と一致しているか否か選べる。Ｓ８に
おいて、ノズル出口のマッハ数が目標マッハ数の分布と
一致していれば、そこで制御を終了する。In S6, the predicted Mach number is an appropriate value, the displacement amount of the actuator at each point of the nozzle is determined, the actuator is operated, and the nozzle wall shape is changed. Subsequently, in S7, the Mach number at the nozzle outlet is obtained from the value measured by the pressure sensor, and in S8, it can be selected whether or not it matches the distribution of the target Mach number. In S8, if the Mach number at the nozzle outlet matches the distribution of the target Mach number, the control ends there.
【００２８】又、目標マッハ数と一致していなければ、
Ｓ９において、ＣＦＤ結果から計測位置に対応するノズ
ル壁位置を決定し、決定したノズル壁位置のデータを、
Ｓ７において計測したマッハ数との差をなくするように
微調整してデータを修正し、Ｓ６において、このデータ
に適合したアクチュエータの変位量を決定する。以降は
Ｓ７，Ｓ８と同様のステップを繰り返し、Ｓ８において
ノズル出口のマッハ数が目標とするマッハ数（Ｍ）の分
布と一致すれば制御を終了する。以上の制御により連続
したきめ細かな所望のマッハ数を正確に設定し、得られ
るので、正確な風洞試験が実施できる。If it does not match the target Mach number,
In S9, the nozzle wall position corresponding to the measurement position is determined from the CFD result, and the data of the determined nozzle wall position is
The data is corrected by fine adjustment so as to eliminate the difference from the Mach number measured in S7, and the displacement amount of the actuator that matches this data is determined in S6. After that, steps similar to S7 and S8 are repeated, and if the Mach number at the nozzle exit matches the target Mach number (M) distribution in S8, the control ends. By the above control, a continuous and fine desired Mach number can be accurately set and obtained, so that an accurate wind tunnel test can be performed.
【００２９】図５は本発明の実施の第３形態に係る超音
速可変ノズルシステムを示し、（ａ）は側面図、（ｂ）
は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図、（ｃ）はＥ−Ｅ断面図
である。これら図において、本実施の第３形態において
は、図２，図３に示す実施の第２形態の可変ノズル１０
の分割を上半部分ではなく全断面を分割し、下方にも油
圧シリンダを配設した構成であり、その他の構成は図
２，図３に示す実施の第１形態と同じである。FIG. 5 shows a supersonic variable nozzle system according to a third embodiment of the present invention, wherein (a) is a side view and (b) is.
6A is a sectional view taken along line DD of FIG. 7A, and FIG. In these figures, in the third embodiment of the present invention, the variable nozzle 10 of the second embodiment shown in FIGS. 2 and 3 is used.
Is divided not in the upper half but in the entire cross section, and a hydraulic cylinder is arranged below. The other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 2 and 3.
【００３０】即ち、図５において、各分割部分は（ｃ）
に示すように、上半部分と下半部分とが左右両端におい
て伸縮部材１７で接続され、それぞれ上方の油圧シリン
ダと下方の油圧シリンダで独立に上下に変動できる構成
である。又、各分割部分の周囲は、それぞれ全周囲が伸
縮部材１１〜１６で接続され、上方の油圧シリンダ１ａ
〜１ｆ、下方の油圧シリンダ１ｇ〜１ｋにより、それぞ
れ上下方向の寸法を拡大したり、縮小したりすることが
できる。例えば、ノズルの径を拡大する時には、上，下
の各油圧シリンダのロッド２を、上，下共、所定長さに
縮めることにより、任意の大きさに設定でき、又、径を
縮小させる時には、上下のシリンダのロッド２を伸張さ
せることによりなされる。That is, in FIG. 5, each divided portion is (c).
As shown in FIG. 5, the upper half part and the lower half part are connected to each other at the left and right ends by elastic members 17, so that the upper hydraulic cylinder and the lower hydraulic cylinder can independently move up and down. Further, the peripheries of the respective divided portions are all connected by elastic members 11 to 16, and the upper hydraulic cylinder 1a is connected.
.About.1f and lower hydraulic cylinders 1g to 1k, the vertical dimension can be enlarged or reduced, respectively. For example, when enlarging the diameter of the nozzle, the rods 2 of the upper and lower hydraulic cylinders can be set to an arbitrary size by contracting both the upper and lower rods to a predetermined length, and when reducing the diameter, , By extending the rods 2 of the upper and lower cylinders.
【００３１】上記構成の実施の第３形態においても、実
施の第２形態の可変ノズルの下方にも油圧シリンダ１ｇ
〜１ｋを配設することにより、実施の第２形態と同じく
連続的にマッハ数がきめ細かく設定でき、任意のマッハ
数での風洞試験が実施できる。その作用は基本的には図
４に示す制御のフローチャートと同じであるので説明は
省略する。Also in the third embodiment of the above construction, the hydraulic cylinder 1g is provided below the variable nozzle of the second embodiment.
By arranging ~ 1k, the Mach number can be continuously and finely set similarly to the second embodiment, and the wind tunnel test can be performed at an arbitrary Mach number. The operation thereof is basically the same as that of the control flowchart shown in FIG.
【００３２】[0032]
【発明の効果】本発明の超音速可変ノズルシステムは、
（１）超音速ノズルを有する風洞のシステムにおいて、
風洞の両側面を構成する側壁と、同両側壁間で上下に配
設され同両側壁と摺動可能な上下のノズル壁面と、同上
下のノズル壁面にそれぞれ接続し、同ノズル壁面を上下
に移動可能な複数のシリンダと、同複数のシリンダを駆
動する制御装置と、前記超音速ノズル出口の圧力を計測
する圧力センサと、前記制御装置へ前記シリンダの駆動
用データを出力するコンピュータとを備え、前記コンピ
ュータは、予め入力されたノズル上流の圧力、温度、初
期のノズル形状データ及び前記圧力センサの計測信号を
入力し、これら各データからノズル内部の流動解析の演
算を行い、ノズル出口での所望のマッハ数とするような
前記ノズルの各シリンダ位置での形状データを算出し、
前記初期ノズル形状を前記算出した各位置での形状デー
タとなるような前記アクチュエータの駆動用データを前
記制御装置へ出力することを特徴としている。The supersonic variable nozzle system of the present invention is
(1) In a wind tunnel system with supersonic nozzles,
The side walls that make up both sides of the wind tunnel, the upper and lower nozzle wall surfaces that are vertically arranged between the both side walls and are slidable with the both side walls, and the upper and lower nozzle wall surfaces are connected to each other, and the nozzle wall surfaces are moved up and down. A plurality of movable cylinders, a control device that drives the plurality of cylinders, a pressure sensor that measures the pressure at the supersonic nozzle outlet, and a computer that outputs the driving data of the cylinder to the control device. The computer inputs the pressure upstream of the nozzle, the temperature, the initial nozzle shape data and the measurement signal of the pressure sensor, which have been input in advance, calculates the flow analysis inside the nozzle from these data, and outputs the data at the nozzle outlet. Calculate the shape data at each cylinder position of the nozzle to be the desired Mach number,
It is characterized in that driving data of the actuator is outputted to the control device so that the initial nozzle shape becomes the shape data at each calculated position.
【００３３】また、本発明の（２）は、超音速ノズルを
有する風洞のシステムにおいて、前記超音速ノズルは、
複数の分割部分を軸方向に配置し同複数の分割部分同志
は伸縮部材により連接されると共に、各分割部分の断面
形状はそれぞれ上下方向には伸縮部材を介して伸張、縮
小して変形可能な構成とし、前記複数の分割部分にそれ
ぞれ接続し同分割部分の断面形状を上下に伸縮すること
により変形可能とする複数のシリンダと、同複数のシリ
ンダを駆動する制御装置と、前記超音速ノズル出口の圧
力を計測する圧力センサと、前記制御装置へ前記シリン
ダの駆動用データを出力するコンピュータとを備え、前
記コンピュータは、予め入力されたノズル上流の圧力、
温度、初期のノズル形状データ及び前記圧力センサの計
測信号を入力し、これら各データからノズル内部の流動
解析の演算を行い、ノズル出口での所望のマッハ数とす
るような前記ノズルの各分割部分の形状データを算出
し、前記初期ノズル形状を前記算出した各分割部分での
形状データとなるような前記アクチュエータの駆動用デ
ータを前記制御装置へ出力することを特徴としている。Further, (2) of the present invention is a wind tunnel system having a supersonic nozzle, wherein the supersonic nozzle is
The plurality of divided portions are arranged in the axial direction, and the plurality of divided portions are connected by the elastic member, and the sectional shape of each divided portion can be deformed by extending and contracting vertically through the elastic member. A plurality of cylinders that are configured to be deformable by connecting to the plurality of divided portions and vertically expanding and contracting the cross-sectional shape of the divided portions, a control device that drives the plurality of cylinders, and the supersonic nozzle outlet Pressure sensor for measuring the pressure of, and a computer for outputting the driving data of the cylinder to the control device, the computer, the pressure of the nozzle upstream input in advance,
The temperature, the initial nozzle shape data, and the measurement signal of the pressure sensor are input, the flow analysis inside the nozzle is calculated from these data, and each divided portion of the nozzle is set to the desired Mach number at the nozzle outlet. Is calculated, and the driving data for the actuator is output to the control device so that the initial nozzle shape becomes the calculated shape data at each divided portion.
【００３４】上記の構成のシステムにより、連続したマ
ッハ数がきめ細かく設定でき、任意のマッハ数での超音
速風洞試験が、付帯する大がかりな設備を必要とせず
に、１つのシステムで容易、かつ正確に実施できる。With the system having the above-mentioned configuration, the continuous Mach number can be finely set, and the supersonic wind tunnel test at an arbitrary Mach number can be easily and accurately performed by one system without the need for additional equipment. Can be carried out.
【図１】本発明の実施の第１形態に係る超音速可変ノズ
ルシステムを示し、（ａ）は全体の構成図、（ｂ）は
（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図である。1A and 1B show a supersonic variable nozzle system according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1A is an overall configuration diagram, and FIG. 1B is a view taken along the line AA in FIG.
【図２】本発明の実施の第２形態に係る超音速可変ノズ
ルシステムの構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a supersonic variable nozzle system according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施の第２形態に係る超音速可変ノズ
ルを示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ
−Ｂ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図であ
る。FIG. 3 shows a supersonic variable nozzle according to a second embodiment of the present invention, in which (a) is a side view and (b) is B in (a).
-B sectional drawing, (c) is CC sectional drawing in (a).
【図４】本発明の実施の第１〜第３形態に係る超音速可
変ノズルシステムにおけるコンピュータで実施する演算
のフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart of a calculation executed by a computer in the supersonic variable nozzle system according to the first to third embodiments of the present invention.
【図５】本発明の実施の第３形態に係る超音速可変ノズ
ルシステムの可変ノズルを示し、（ａ）は側面図、
（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図、（ｃ）は（ａ）
におけるＥ−Ｅ断面図である。FIG. 5 shows a variable nozzle of a supersonic variable nozzle system according to a third embodiment of the present invention, (a) is a side view,
(B) is a DD sectional view in (a), (c) is (a).
6 is a sectional view taken along line EE in FIG.
【図６】超音速可変ノズルの一般的な構成図である。FIG. 6 is a general configuration diagram of a supersonic variable nozzle.
【図７】超音速可変ノズルの形状とマッハ数との関係を
示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the shape of a supersonic variable nozzle and the Mach number.
１ａ〜１ｆ 油圧シリンダ ２ ロッド ３ シリンダ駆動制御装置 ４ コンピュータ ５ 入力装置 ６ 圧力センサ ７ａ，７ｂ 側壁 ８ａ，８ｂ ノズル壁面 ９ａ，９ｂ シリンダ １０ 可変ノズル １１〜１７ 伸縮部材 ２２ スロート部 1a-1f hydraulic cylinder 2 rod 3 Cylinder drive control device 4 computers 5 Input device 6 Pressure sensor 7a, 7b Side wall 8a, 8b Nozzle wall surface 9a, 9b cylinder 10 variable nozzle 11-17 Elastic member 22 Throat
Claims (2)
おいて、風洞の両側面を構成する側壁と、同両側壁間で
上下に配設され同両側壁と摺動可能な上下のノズル壁面
と、同上下のノズル壁面にそれぞれ接続し、同ノズル壁
面を上下に移動可能な複数のシリンダと、同複数のシリ
ンダを駆動する制御装置と、前記超音速ノズル出口の圧
力を計測する圧力センサと、前記制御装置へ前記シリン
ダの駆動用データを出力するコンピュータとを備え、前
記コンピュータは、予め入力されたノズル上流の圧力、
温度、初期のノズル形状データ及び前記圧力センサの計
測信号を入力し、これら各データからノズル内部の流動
解析の演算を行い、ノズル出口での所望のマッハ数とす
るような前記ノズルの各シリンダ位置での形状データを
算出し、前記初期ノズル形状を前記算出した各位置での
形状データとなるような前記アクチュエータの駆動用デ
ータを前記制御装置へ出力することを特徴とする超音速
可変ノズルシステム。1. A wind tunnel system having a supersonic nozzle, wherein side walls forming both side surfaces of the wind tunnel and upper and lower nozzle wall surfaces disposed vertically between the both side walls and slidable with the both side walls are provided. A plurality of cylinders that are respectively connected to the upper and lower nozzle wall surfaces and can move the nozzle wall surfaces up and down, a control device that drives the plurality of cylinders, a pressure sensor that measures the pressure at the supersonic nozzle outlet, and the control. A computer for outputting the driving data of the cylinder to the device, wherein the computer is a pre-input pressure of the nozzle upstream,
The temperature, the initial nozzle shape data and the measurement signal of the pressure sensor are input, the flow analysis inside the nozzle is calculated from these data, and each cylinder position of the nozzle is set to the desired Mach number at the nozzle outlet. 2. The supersonic variable nozzle system is characterized in that the actuator driving data for calculating the initial nozzle shape to be the shape data at each calculated position is output to the control device.
おいて、前記超音速ノズルは、複数の分割部分を軸方向
に配置し同複数の分割部分同志は伸縮部材により連接さ
れると共に、各分割部分の断面形状はそれぞれ上下方向
には伸縮部材を介して伸張、縮小して変形可能な構成と
し、前記複数の分割部分にそれぞれ接続し同分割部分の
断面形状を上下に伸縮することにより変形可能とする複
数のシリンダと、同複数のシリンダを駆動する制御装置
と、前記超音速ノズル出口の圧力を計測する圧力センサ
と、前記制御装置へ前記シリンダの駆動用データを出力
するコンピュータとを備え、前記コンピュータは、予め
入力されたノズル上流の圧力、温度、初期のノズル形状
データ及び前記圧力センサの計測信号を入力し、これら
各データからノズル内部の流動解析の演算を行い、ノズ
ル出口での所望のマッハ数とするような前記ノズルの各
分割部分の形状データを算出し、前記初期ノズル形状を
前記算出した各分割部分での形状データとなるような前
記アクチュエータの駆動用データを前記制御装置へ出力
することを特徴とする超音速可変ノズルシステム。2. A wind tunnel system having a supersonic nozzle, wherein the supersonic nozzle has a plurality of divided portions arranged in an axial direction, and the plurality of divided portions are connected to each other by a stretchable member, and each of the divided portions is connected. The cross-sectional shape is configured to be deformable by expanding and contracting in the vertical direction via an elastic member, and is made deformable by connecting to the plurality of divided portions and expanding and contracting the sectional shape of the divided portions in the vertical direction. A computer including a plurality of cylinders, a control device for driving the plurality of cylinders, a pressure sensor for measuring the pressure at the outlet of the supersonic nozzle, and a computer for outputting drive data of the cylinders to the control device, Inputs the pressure upstream of the nozzle, the temperature, the initial nozzle shape data and the measurement signal of the pressure sensor, which are input in advance, and the nozzle outputs from these respective data. The internal flow analysis is performed to calculate the shape data of each divided portion of the nozzle to obtain a desired Mach number at the nozzle outlet, and the initial nozzle shape is calculated as the shape data of each divided portion. A variable supersonic velocity nozzle system, wherein the driving data for the actuator is output to the control device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001196018A JP2003014576A (en) | 2001-06-28 | 2001-06-28 | Supersonic variable nozzle system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001196018A JP2003014576A (en) | 2001-06-28 | 2001-06-28 | Supersonic variable nozzle system |
Publications (1)
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|---|---|
| JP2003014576A true JP2003014576A (en) | 2003-01-15 |
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ID=19033900
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001196018A Withdrawn JP2003014576A (en) | 2001-06-28 | 2001-06-28 | Supersonic variable nozzle system |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080902 |