JP3277632B2

JP3277632B2 - ピトー管

Info

Publication number: JP3277632B2
Application number: JP22622893A
Authority: JP
Inventors: 政彦山本; 裕宇田川
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1993-09-10
Filing date: 1993-09-10
Publication date: 2002-04-22
Anticipated expiration: 2017-04-22
Also published as: JPH0783712A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、スクラムジェットエ
ンジン等の高温ガス流における境界層の全圧を計測する
ピトー管に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、スクラムジェット等の極超音速ジ
ェット機の開発において、縮小モデルを用いてエンジン
の燃焼器後方側のノズル部の摩擦損失を実験によって求
め、この実験データに基づいて、摩擦損失が極力抑さえ
られたノズル部の設計が行なわれている。この実験を行
なうには、図２に示すように、機体１の燃焼器２の後方
側におけるノズル部３に複数のピトー管４、４…を設置
し、これらピトー管４、４…によってノズル部３におけ
る境界層の全圧をそれぞれ計測し、これら計測した全圧
のデータからノズル部３の境界層の分布を割り出して摩
擦損失を求めていた。また、それぞれのピトー管４、４
…は、図３に示すように、ピトー管本体５が、屈曲され
た先端部からなる計測部５ａを燃焼ガスの噴き出し方向
へ向けて設置されている。また、ピトー管本体５は、ブ
ラケット６を介して機体１の内部にて支持されたトラバ
ース装置７によって、図中矢印イ方向へ移動可能に支持
されており、このトラバース装置７によって、計測部５
ａが機体１に対して近接離間されるようになっている。
即ち、このピトー管本体５の計測部５ａをトラバース装
置７によって、機体１に近接離間させながら、機体近傍
（機体１の外面に対して０〜１０ｍｍの範囲）における
境界層の全圧を、ピトー管本体５に接続された圧力検出
装置８によって検出するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ノズル部３
に設けた上記ピトー管４、４…は、ピトー管本体５が、
燃焼器２から噴き出される高温（約３０００℃）のジェ
ット（燃焼ガス）によって、数秒（約２秒程度）で焼損
してしまい、また、ジェットは、高温であるとともに、
高速（約５０００ｍ／ｓ）かつ高圧（約３Ｋｇ／ｃ
ｍ²）であるので、ピトー管本体５の根元部分（図３中
符号５ｂにて示した部分）に大きな応力が作用し、この
根元部分５ｂにて破損してしまうため、新品のものと頻
繁に交換しなければならなかった。しかも、このピトー
管本体５としては、径が約２.０ｍｍのものを使用して
いるが、全圧の計測範囲としては、機体１の外面に対し
て０〜１０ｍｍを細かく計測することが要求されている
ため、上記のピトー管本体５では、その計測精度が粗
く、特に、機体１の外面に近接した箇所の計測が不十分
であった。また、図４に示すように、ピトー管本体５の
外周に冷却機構９を設け、この冷却機構９の冷却水供給
口９ａから水を流入させてピトー管本体５を冷却すれ
ば、ジェットの熱によるピトー管５の焼損をある程度緩
和させることができるが、このような構造の水冷機構９
を設けると、装置自体が大型化してしまい、このため、
機体１の外面の近接箇所の境界層における正確な全圧の
計測が行なえなくなってしまう。また、ピトー管本体５
を大径にして強度を高めることも考えられるが、このよ
うにすると、空気が取り入れられる計測部５ａの先端の
面積が大きくなってしまい、さらに、境界層の全圧を細
かく計測することができなくなってしまうという問題が
あった。

【０００４】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、装置の大型化を招くことなく、高温、高速流のジ
ェットに対して耐久性が向上され、さらに、必要な領域
の計測が高精度に行なえるピトー管を提供することを目
的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の発明のピトー管
は、エンジンの噴出口近傍に設けられ、機体近傍におけ
る境界層の全圧を計測するピトー管であって、屈曲され
た先端部が計測部とされたピトー管本体と、該ピトー管
本体の基端部に連結された前記ピトー管本体よりも大径
な保護パイプと、この保護パイプの先端部と前記ピトー
管本体の屈曲された屈曲部近傍とを連結する管継手とを
具備してなることを特徴としている。第２の発明のピト
ー管は、第１の発明のピトー管本体が、耐熱性に優れた
ニオブから形成されてなることを特徴としている。第３
の発明のピトー管は、第１または第２の発明のピトー管
本体の先端部が前記機体に対して平行な偏平形状に形成
されてなることを特徴としている。

【０００６】

【作用】第１の発明のピトー管によれば、ピトー管本体
の屈曲部近傍にて保護パイプを連結させる管継手からの
放熱によってピトー管本体が冷却されるので、このピト
ー管本体の熱による損傷が低減される。また、ピトー管
本体の根元が大径の保護パイプによって高強度化されて
いるので、このピトー管本体の根元における曲げ応力が
低減される。第２の発明のピトー管によれば、ピトー管
本体が耐熱性に優れたニオブから形成されているので、
このピトー管本体の熱による破損の発生率が低減され
る。第３の発明のピトー管によれば、第１及び第２の発
明に加えてさらに、ピトー管本体の先端部が偏平形状に
形成されているので、ピトー管本体の径を大きくしても
空気が取り入れられる面積が大きくならず、したがっ
て、全圧の測定精度を低下させることなく、ピトー管本
体の強度が高められる。また、機体に対して平行な偏平
形状に形成されているので、全圧の計測を細かくかつ高
精度に行なうことが可能となる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明のピトー管の一実施例を図１に
よって説明する。なお、従来例と同一構造部分には、同
一符号を付して説明を省略する。図において、符号１０
は、本実施例のピトー管であり、符号１１は、このピト
ー管１０に用いられるピトー管本体である。このピトー
管本体１１は、例えば、ニオブ等の耐熱性に優れた材料
から形成されたものであり、その先端部は機体１に対し
て平行な偏平形状に形成されている。

【０００８】また、このピトー管本体１１には、屈曲さ
れた先端部からなる計測部１１ａを除く支持部１１ｂ
が、ピトー管本体１１の屈曲箇所の近傍にて管継手１３
によって、ピトー管本体１１よりも大径の保護パイプ１
２に連結されている。

【０００９】この管継手１３は、両端部が径の異なる嵌
合孔１９、２０とされた流路２１を有する継手本体１４
と、この継手本体１４の両端部に形成されたテーパねじ
部１４ａ、１４ａに、くさび部材１５、１５を介して締
結される袋ナット１６、１６と、袋ナット１６、１６を
テーパーねじ部１４ａ、１４ａへねじ込むことによりく
さび部材１５、１５を嵌合孔１９、２０内へ押し込む押
圧部材１７、１７とから構成されている。そして、この
管継手１３の継手本体１４の両側部に形成された嵌合孔
１９、２０へそれぞれピトー管本体１１の支持部１１ｂ
及び保護パイプ１２の先端部を挿入し、袋ナット１６、
１６をテーパーねじ部１４ａ、１４ａへ締め付けること
により、押圧部材１７、１７によってくさび部材１５、
１５が押圧されて嵌合孔１９、２０内へ押し込まれ、こ
のくさび部材１５、１５及びテーパーねじ部１４ａ、１
４ａの内面がピトー管本体１１の支持部１１ｂ及び保護
パイプ１２へ押し付けられて、これらピトー管本体１１
の支持部１１ｂ及び保護パイプ１２が継手本体１４に確
実に固定されて連結されている。

【００１０】さらに、ピトー管１１に連結された保護パ
イプ１２は、トラバース装置７に通されており、このト
ラバース装置７によって図中矢印イ方向へ移動されるよ
うになっている。即ち、このトラバース装置７によって
保護パイプ１２を移動させることにより、この保護パイ
プ１２と連結されたピトー管本体１１の計測部１１ａが
機体１の外面に対して近接離間されるようになってい
る。

【００１１】また、この保護パイプ１２の後端部には、
圧力検出装置８が接続されており、ピトー管本体１１の
計測部１１ａの偏平形状の先端部における圧力を検出し
て、機体１の外面近傍における境界層の全圧を求めるこ
とができるようになっている。

【００１２】次に、上記構成のピトー管１０により全圧
を測定する場合について説明する。トラバース装置７に
よって保護パイプ１２を図中矢印イ方向へ移動させるこ
とにより、ピトー管本体１１の計測部１１ａを機体１の
外面に対して近接離間させる。そして、この機体１の近
傍（機体１の外面に対して０〜１０ｍｍの範囲）におけ
る境界層の全圧を保護パイプ１２に接続された圧力検出
装置８によって求める。

【００１３】ここで、このピトー管本体１１の計測部１
１ａは、スクラムジェットエンジン等のノズル部３に突
出されることより、そのジェット流によって極めて高温
に加熱される。しかしながら、本実施例のピトー管１０
によれば、ピトー管本体１１自体が耐熱性に優れたニオ
ブから形成されているため、ジェット流の熱によるピト
ー管本体１１の焼損が起こりにくく、さらに、このピト
ー管本体１１の支持部１１ｂと保護パイプ１２との連結
のために固定された管継手１３によってピトー管本体１
１の熱容量が高められているので、このピトー管本体１
１の熱による焼損を大幅に緩和させることができる。具
体的には、この実施例の構造のピトー管１０によれば、
ピトー管本体１１が焼損するまでの使用可能時間を従来
の２倍以上（約４秒以上）にすることができ、ピトー管
本体１１の交換頻度を低くすることができるとともに、
必要な実験データを十分収集することができる。また、
ピトー管本体１１が焼損した場合には、このピトー管本
体１１を管継手１３から取り外して、新品のものと交換
することができるので、このピトー管本体１１の交換作
業にかかる手間及び時間を大幅に削減させることがで
き、実験作業の迅速化を図ることができる。

【００１４】また、計測時には、ジェット流によって、
ピトー管本体１１の支持部１１ｂつまりピトー管本体１
１の根元に、大きな曲げ応力が作用するが、ピトー管本
体１１の支持部１１ｂに管継手１３を介して保護パイプ
１２が連結されているので、従来のものと比較してピト
ー管本体１１の根元における強度を高めることができ、
応力の作用による破損、損傷を大幅に低減させることが
できる。また、ピトー管本体１１の計測部１１ａの先端
部が、機体１の外面に対して平行な偏平形状に形成され
ているので、計測範囲内における全圧の計測を極めて高
精度にて行なうことができるとともに、機体１の近接箇
所の全圧も正確に計測することができる。

【００１５】なお、このピトー管本体１１の計測部１１
ａの先端部における偏平部分の外部高さは、境界層の厚
さの１／２０程度が良いとされており、ここで、境界層
の厚さを前述したように１０ｍｍ程度とすると、偏平部
の外部高さはＨ＝０.５ｍｍとなる。さらに、偏平部の
内部高さは、ｈ＝０.１ｍｍ以下とすることが望まし
く、また、外部横幅Ｗと外部高さＨとの割合としては、
Ｗ／Ｈ＝７程度が良く、この場合、外部横幅は、Ｗ＝
３.５ｍｍとなる。なおまた、上記実施例のピトー管の
具体的な構成及び構造は、実施例に限定されない。

【００１６】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明のピトー
管によれば、下記の効果を得ることができる。大きな曲
げ応力が作用するピトー管本体の根元に大径の保護パイ
プが連結されているので、このピトー管本体の強度を大
幅に向上させることができ、従来のものと比較してピト
ー管本体の根元における破損、損傷を低減させることが
できる。また、ピトー管本体と保護パイプとの連結のた
めに固定された管継手によってピトー管本体の熱容量が
大きくされるので、エンジンから噴出される高温の噴出
流内によるピトー管本体の焼損するまでの時間を延長さ
せることができ、ピトー管本体の交換頻度を低くするこ
とができるとともに必要な実験データを十分収集するこ
とができる。さらに、このピトー管本体が焼損、破損し
た場合は、このピトー管本体を管継手から取り外して新
品のものと取り替えることができるので、このピトー管
本体の交換にかかる手間及び時間を低減させることがで
き、実験作業の迅速化を図ることができる。

【００１７】また、ピトー管本体自体が耐熱性に優れた
ニオブから形成されているので、このピトー管本体の焼
損を抑さえることができ、さらに信頼性の高いピトー管
とすることができる。また、ピトー管本体の先端部が機
体の外面に対して平行な偏平形状に形成されているの
で、計測範囲内における全圧の計測を細かくかつ高精度
に行なうことができるとともに、機体の近接箇所の全圧
も正確に計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のピトー管の構成及び構造を
説明するピトー管の一部を断面視した側面図である。

【図２】ピトー管を用いてノズル部における全圧を計測
して、ノズル部の境界層の分布を求める実験を説明する
機体の側面図である。

【図３】従来より使用されているピトー管の構成及び構
造を説明するピトー管の側面図である。

【図４】冷却機構を備えたピトー管を説明するピトー管
の一部を断面視した側面図である。

【符号の説明】

１機体１１ピトー管本体１１ａ計測部１１ｃ屈曲部１２保護パイプ１３管継手

フロントページの続き (56)参考文献実開昭62−148959（ＪＰ，Ｕ) 実開昭60−93945（ＪＰ，Ｕ) 実開平３−6516（ＪＰ，Ｕ) 実開平３−10218（ＪＰ，Ｕ) 実開昭48−98173（ＪＰ，Ｕ) 特公昭50−1218（ＪＰ，Ｂ１) 特公平５−36661（ＪＰ，Ｂ２) 実公平７−12898（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/46 G01P 5/16 G01P 5/165

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高温ガス流における境界層の全圧を計測
するピトー管であって、屈曲された先端部が計測部とされたピトー管本体と、該
ピトー管本体の基端部に連結された前記ピトー管本体よ
りも大径な保護パイプと、この保護パイプの先端部と前
記ピトー管本体の屈曲された屈曲部近傍とを連結する管
継手とを具備してなることを特徴とするピトー管。
【請求項２】前記ピトー管本体は、耐熱性に優れたニ
オブから形成されてなることを特徴とする請求項１記載
のピトー管。
【請求項３】前記ピトー管本体は、その先端部が前記
機体に対して平行な偏平形状に形成されてなることを特
徴とする請求項１または請求項２記載のピトー管。