JP2020037071A - 空気砲装置 - Google Patents
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Abstract
Description
[2.1 第1の実施の形態]
<2.1.1 空気砲装置の構成>
図1及び図2は、第1の実施の形態に係る空気砲装置100を示している。図1を参照して、空気砲装置100は、空気が吐出される吐出部材である端板10を備える。
図3は、一般的な、箱型の空気砲装置100αによって発生する渦輪Cを説明するための図である。図3を参照して、空気砲装置100αの端板10αには1つの通気孔11αが生成されている。箱型の空気砲装置100αの内部空気が加圧されると、通気孔11αから内部空気が高速で吐出される。通気孔11αから吐出された空気の周辺部には、周囲の静止した空気との間の速度差によって粘性摩擦が生じる。その結果、通気孔11αの外周側は、内周側と吐出される空気の圧力が同じであっても速度が遅くなる。このとき、通気孔11αから吐出される空気の速度分布は、すべての直径方向について、図3の右に示されたように、中心Oを頂点とし、周縁部ほど低くなる、凸型分布となることが知られている。この速度差によって吐出された空気が渦輪Cを生成することが知られている。以降の説明では、中心Oを頂点とし、周縁部ほど低くなる凸型の空気の速度分布を、渦輪用速度分布とも称する。
本実施の形態に係る空気砲装置100の制御装置20は、空気砲装置100から吐出された空気の速度分布を可変とするために、各通気孔11から吐出される空気の圧力を制御する吐出制御を実行する。吐出制御は、空気砲装置100から発射させる吐出された空気の範囲を変化させる第1の制御と、空気砲装置100から吐出された空気の範囲内での速度分布を変化させる第2の制御と、を含む。吐出制御は、制御装置20が複数の弁33を個別に開放/閉止(開閉)させることを含む。
制御装置20が各弁33の開放/閉止を個別に制御することで、離散的に配置された通気孔11ごとに吐出するか否か(吐出のON/OFF)が制御される。以下、この制御を第1の制御という。第1の制御により、端板10において、空気を吐出する通気孔11の範囲が変化する。端板10の正面10aにおいて、空気が吐出される通気孔11が存在する範囲を、以降の説明においては吐出範囲とも称する。吐出範囲は、通気孔11のうちの弁33が開放された通気孔11の存在する範囲である。
第2の制御では、吐出範囲内での空気の速度分布を変更するように、複数の弁33を個別に制御する吐出制御が行われる。以下、この制御を第2の制御という。
第1の実施の形態に係る空気砲装置100は、すべての気流管12内の圧力が1つのレギュレータ32によって等しくされる。そこで、第1の吐出制御では、弁33ごとの開放期間(時間)、つまり、吐出時間tを制御する。
第2の吐出制御では、第1の制御によって決定された吐出範囲内で、さらに弁33ごとの開放/閉止を制御する。
渦輪の生成メカニズムを鑑みると、吐出される空気の速度分布を、内側を遅く、外縁側を速くした凹形状とすると、内巻きの渦輪が生成される可能性が考えられる。つまり、凹形状の速度分布も渦輪用速度分布と言える。そこで、制御装置20は、吐出範囲から吐出される空気の速度分布を凹形状の分布とするための吐出制御を行ってもよい。この吐出制御は、第1、第2の吐出制御と同様に行うことができる。
図7は、第2の実施の形態に係る空気砲装置100の構成を説明するための概略図である。図7を参照して、第2の実施の形態に係る空気砲装置100では、調整部13Aが複数のポンプ31A,31Bを含む。ポンプ31Aは通気孔11Aに対応した弁33に印加圧力pとして第1の圧力p1の空気を供給し、ポンプ31Bは通気孔11Bに対応した弁33に、第1の圧力p1と異なる第2の圧力p2の空気を供給する。なお、図7では、図の簡略化のため、ポンプ31A,31Bとレギュレータ32との間に設けられた圧力タンク34が省略されている。
第2の実施の形態の変形例として、すべての通気孔11のうちの少なくとも一部の通気孔11を気流管12内の空気の放出には用いず、外部空気を気流管12内に吸引するためのみに用いてもよい。つまり、すべての通気孔11の中に、吸引専用の通気孔が含まれてもよい。吸引専用の通気孔に対応した気流管12には、負圧である印加圧力を印加するポンプが接続される。
図7に示されたように、調整部13Aは、気流管12ごとに設置された複数のレギュレータ32を含んでもよい。複数のレギュレータ32は、気流管12ごとにポンプ31で印加する圧力を調整する。
空気砲装置100を香り成分の運搬装置として用いる場合、図2に示されるように、空気砲装置100は、香り成分を供給する供給機構16をさらに含む。供給機構16は、制御装置20からの制御信号によって香り成分の供給の開始、停止が指示される。
なお、以上の例では、図1に示されたように、端板10に形成された複数の通気孔11は、概ね、同じ大きさとしている。しかしながら、これら通気孔11のサイズは同じでなくてもよい。好ましくは、同一の円周に沿って配置された通気孔11は同じ、又は、概ね同じ大きさである。これにより、吐出範囲から吐出された空気の速度分布のバランスをよくすることができる。好ましくは、半径Rが小さい円の円周上に配置された通気孔11ほどサイズが大きい。又は、好ましくは、半径Rが大きい円の円周上に配置された通気孔11ほどサイズが大きい。これにより、吐出範囲の中心側と外縁側とで吐出された空気の速度を異ならせることができる。
制御装置20での制御の他の例として、制御装置20は、各弁33の開放後の閉止時間を制御する。これにより、例えば、空気砲装置100から先の渦輪を発射した後の所定時間後に次の渦輪を発射させることができる。このとき、後の渦輪の発射時に先の渦輪の発射時よりも、吐出された空気の速度を全体に速くする吐出制御が行われることで、後の渦輪の進行速度を先の渦輪の進行速度よりも速くできる。そのため、各渦輪の進行速度を制御することで、目標位置にて先の渦輪に後の渦輪を衝突させることができる。渦輪が衝突すると、渦輪が解消される可能性が高い。そのため、目標物(例えば人)に先の渦輪を衝突させることなく、目標物より所定距離前の目標位置で後の渦輪を衝突させて、前の渦輪を解消させることができる。これにより、空気砲装置100を運搬装置としたときに、目標物への衝撃を抑えて、目標物に例えば香り成分などの対象物を運搬させることができる。
空気砲装置100は、通気孔11ごとに吐出される空気の圧力を変化させ、それにより吐出された空気の速度を変化させることができるため、空気砲100を用いて吐出範囲から吐出される空気の速度分布を様々に変化させて実験を行うことができる。実験の一例として、発明者らは空気砲装置100を用いて、実験1,2を行った。実験1は、通気孔11群から吐出される空気での渦輪の生成確率について検証する実験である。実験2は、空気砲装置100から発射される渦輪の飛距離と目標への命中確立とについて検証する実験である。なお、実験1,2に用いた空気砲装置100の端板10に形成された通気孔11群の配置は、図5の正面概略図に示された配置と同じである。
第1の実験では、通気孔11ごとの吐出のON/OFFを5パターン(パターン1〜5)とし、パターンごとに吐出時間tを(30[msec])、40[msec]、50[msec]、60[msec]、70[msec]として、各50回、空気を吐出させ、目視により渦輪の生成の成否をカウントした。なお、目視で渦輪の成否を判断するために、通気孔11から吐出する空気に煙を混入した。
第2の実験では、的を貼付し、所定間隔で鉛直方向に糸を張ったネットを用い、上記パターン1,2について吐出時間を40〜70[msec]の間で変化させ、的までの距離を60[cm]〜120[cm]として、各10回、的の正面から吐出させ、目視により渦輪の的への命中、ネットへの到達、及び、未到達の回数をカウントした。なお、的への命中、ネットへの到達、及び、未到達は、それぞれ、的の揺れ、ネットの揺れ、及び、そのいずれもないこと、によって目視で判断した。
10a :正面
10b :背面
10α :端板
11 :通気孔
11A :通気孔
11B :通気孔
11C :通気孔
11D :通気孔
11E :通気孔
11F :通気孔
11α :通気孔
12 :気流管(分岐気流管)
12A :単一気流管
12α :気流管
13 :空気圧回路
13A :調整部
16 :供給機構
16A :噴霧装置
16a :パイプ
16b :貯蔵タンク
16c :噴霧孔
20 :制御装置
21 :制御部
22 :メモリ
23 :入力部
31 :ポンプ
32 :レギュレータ
33 :弁
33 :圧力タンク
100 :空気砲装置
100α :空気砲装置
C :渦輪
O :中心
R1 :半径
R2 :半径
R3 :半径
R4 :半径
R5 :半径
V1 :速度
V2 :速度
V3 :速度
V4 :速度
V5 :速度
VA :包絡線
VA’ :包絡線
VB :包絡線
VC :包絡線
VD :包絡線
d :密度
d2 :密度
d3 :密度
d5 :密度
p :印加圧力
p1 :印加圧力
p2 :印加圧力
t :吐出時間
t1 :吐出時間
t2 :吐出時間
Claims (13)
- 複数の通気孔が形成された吐出部材と、
前記複数の通気孔から空気を吐出させる空気圧回路と、
複数の前記通気孔から吐出された空気の速度分布を可変にすべく、開閉を個別に切替可能である複数の弁と、
前記複数の弁の開閉を個別に制御する制御部と、を備える
空気砲装置。 - 前記複数の弁の開閉を個別に制御することは、前記複数の通気孔のうち、少なくとも1つの通気孔から空気を吐出させ、少なくとも他の1つの通気孔から空気を吐出させないように制御することを含む
請求項1に記載の空気砲装置。 - 前記制御部は、空気が吐出される前記複数が存在する範囲である吐出範囲の中心側と外縁側との速度を異ならせる
請求項1又は2に記載の空気砲装置。 - 前記制御部は、解放された前記弁に接続された通気孔の密度が、前記吐出範囲の中心側と外縁側とで異なるように、前記複数の弁の開閉を個別に制御する
請求項3に記載の空気砲装置。 - 前記制御部は、前記吐出範囲の中心側と外縁側とで前記通気孔からの空気の吐出時間が異なるように、前記弁を開閉する時間を個別に制御する
請求項3に記載の空気砲装置。 - 前記空気圧回路は、前記弁に供給される空気の圧力を調整する調整部をさらに含む
請求項1〜5のいずれか1項に記載の空気砲装置。 - 前記空気圧回路は、前記複数の弁のうち、少なくとも1つの弁には第1圧力の空気が供給され、少なくとも他の1つの弁には、前記第1圧力とは異なる第2圧力の空気が供給されるように構成されている
請求項1〜6のいずれか1項に記載の空気砲装置。 - 前記速度分布は、渦輪の進行方向の速度、及び、前記渦輪の進行方向と逆向きの速度を含む
請求項1〜7のいずれか1項に記載の空気砲装置。 - 前記複数の通気孔は、負圧による吸引専門の通気孔を含む
請求項1〜8のいずれか1項に記載の空気砲装置。 - 前記制御部は、前記吸引専門の通気孔が、前記速度分布が形成された後に吸引されるように制御する
請求項9に記載の空気砲装置。 - 前記制御部は、前記速度分布が前記吐出範囲の中心に対して点対称の速度分布となるように、前記複数の弁の開閉を個別に制御する
請求項3〜10のいずれか1項に記載の空気砲装置。 - 前記制御部は、前記速度分布が前記吐出範囲内の第1の直線に線対称であり、前記第1の直線に直交する第2の直線に線対称とならないように、前記複数の弁の開閉を個別に制御する
請求項3〜10のいずれか1項に記載の空気砲装置。 - 前記複数の通気孔のうちの少なくとも1つの通気孔から放出される空気に香り成分を供給する供給機構をさらに備える
請求項1〜12のいずれか1項に記載の空気砲装置。
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