JP5321337B2 - 模型の圧力損失調整用構造体、流体試験用模型及び模型の圧力損失調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の風洞試験等の流体試験で用いる、模型の圧力損失調整用構造体、流体試験用模型及び模型の圧力損失調整方法に関する。

自動車、橋梁、建造物等の実物に生じる空気（風）の流れを把握するために、風洞を用いた模型試験が行われている。また、船や海洋構造物や堤防などの実物に生じる水の流れを把握するために、回流水槽や水槽を用いた模型試験が行われている。

風洞試験における空気の流れには、模型の外側を流れる流れと、模型の内部を流れる流れとがある。この内部の流れを特に通風と呼び、通風の妨げとなるものを通風抵抗体と言っている。この模型内部の空気の流れを実物で生じる流れに近づける上で、通風抵抗体の設定が重要となる。

しかし、この通風抵抗体においては、図４に示すように、風量と圧力の関係が非線形となるので、適切な通風抵抗体を選定し設定することは難しい。そこで、図５及び図６に示すように、抵抗を調整するための抵抗調整部材１１，１２である金属メッシュと、この抵抗調整部材１１，１２を支持するハニカム材１４を組み合わせて、通風抵抗体と呼ばれる模型の圧力損失調整用構造体１０Ｘの圧力損失を調整する試みが行われてきた。

この図５及び図６に示すような方法では、必ずしも、所望の抵抗特性に対して適切な抵抗特性を持つ模型の圧力損失調整用構造体１０Ｘを提供できるとは限らず、また、提供できた場合でも模型の圧力損失調整用構造体１０Ｘを設定できるまでに多大の労力を必要とする場合が多い。その結果、模型試験の実施に時間がかかるだけでなく、模型試験の結果を利用する、後のステップも影響を受けることになる。

一般に模型の圧力損失調整用構造体１０Ｘに用いる抵抗調整部材１１，１２には薄い板状の部材が用いられるので、機械的強度が比較的弱く、上流側と下流側に抵抗調整部材１１，１２を配置する場合には、両者の間でこれらの抵抗調整部材１１，１２を支持するための支持部材１４が必要となる。

この支持部材１４にはハニカム材を用いる場合が多いが、その場合には、間に挟まれた支持部材１４の抵抗特性が、設定した抵抗調整部材１１，１２の抵抗特性に影響を及ぼすので、図７に示すように、圧力損失が増加する。従って、このハニカム材１４の抵抗特性を考慮に入れて抵抗調整部材１１，１２の厚みを設定する必要が生じる。そのため、全体の厚みが模型１によって設定されている中での、抵抗調整部材１１，１２の厚みと、この抵抗調整部材１１，１２とは流れの特性が異なる支持部材１４の厚みの設定が難しくなるという問題がある。

更に、図８に示すように、支持部材１４の下流側に設けた抵抗調整部材１２は風圧により撓んで、支持部材１４との間に間隙Ｓが生じる場合がある。このような場合には、風の流れに沿った抵抗調整部材１２の厚みが撓みによって変化してしまうため、模型の圧力損失調整用構造体１０Ｘ全体としての圧力特性も変化してしまうので、解析計算による結果と乖離が生じるという問題もある。

この風洞試験等の通風抵抗を考慮した模型試験に関するものではないが、この風洞試験に関係して、自動車排ガスの拡散濃度調査風洞実験用の地表模型において、道路を走行する自動車から連続的に排出される排気ガスを正確に再現する地表模型が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、風洞内の模型を支持・変角する支持装置に作用する気流が模型の空力特性に及ぼす影響を少なくするとともに、模型の実機相似性を損うことなく、更に模型変角時の模型中心の移動を少なくする風洞試験模型支持装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開平１０−２３２１８２号公報 特開平０６−３０７９７８号公報

この対策として、図９及び図１０に示すように、流体Ｆを用いた試験で用いる模型１Ｙの内部を流れる流体Ｆの圧力損失を調整するために、模型１Ｙの内部に配置されて流体Ｆの流れに対する抵抗となって圧力損失を発生する抵抗調整部材１１，１２を配置する模型の圧力損失調整用構造体１０Ｙにおいて、前記抵抗調整部材１１，１２を板状に形成すると共に、前記抵抗調整部材１１，１２を保持する支持部材を設けずに、流体Ｆの流れの方向に沿った断面に関して、一つ又は複数の前記抵抗調整部材１１の一部を折り曲げて箱型形状を形成して、該箱型形状の辺に相当する部位に配置された前記抵抗調整部材１１ａ，１２が流体Ｆの流れの上流側と下流側にそれぞれ配置されるように模型１ｙの内部に配置して構成することが考えられる。

しかしながら、上流側と下流側に異なった機械的強度を持つ抵抗調整部材１１，１２を採用した場合には、図１１に示すように、上流側の抵抗調整部材１１と下流側の抵抗調整部材１２で撓み量が異なり、抵抗調整部材１１，１２の組合せの厚さ、つまり、流体Ｆが通過する方向の抵抗調整部材１１，１２の累積厚さが一定にならないおそれが生じる。

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、支持部材を用いずに、抵抗調整部材と撓み防止部材のみで上流側と下流側に抵抗調整部材を配置することができると共に、上流側と下流側の抵抗調整部材の機械的強度が異なる場合でも、上流側と下流側の抵抗調整部材との撓み量を同じにして、風が通過する方向の抵抗調整部材の累積厚さを一定することができる模型の圧力損失調整用構造体、流体試験用模型及び模型の圧力損失調整方法を提供することにある。

上記のような目的を達成するための本発明の模型の圧力損失調整用構造体は、流体を用いた試験で用いる模型の内部を流れる流体の圧力損失を調整するために、模型の内部に配置されて流体の流れに対する抵抗となって圧力損失を発生する抵抗調整部材を配置する模型の圧力損失調整用構造体において、流体の流れの方向に沿った断面に関して、空隙を挟んで流体の流れの上流側と下流側に抵抗調整部材を配置すると共に、前記上流側の抵抗調整部材の下流側の面と、前記下流側の抵抗調整部材の下流側の面とに、前記抵抗調整部材のいずれよりも圧力損失が小さくかつ撓み強度が高い撓み防止部材をそれぞれ当接して配置して構成する。

この構成によれば、撓み量の異なる抵抗調整部材を用いる場合であっても、撓み防止部材により、流体の流れによる抵抗調整部材の撓みを上流側の抵抗調整部材のみならず、下流側の抵抗調整部材においても小さくできるので、両者の機械的強度を保持しつつ、流体が流れているときでも、流体の流れ方向に沿っての抵抗調整部材の厚みを所望の厚さとすることができ、所望の圧力損失を発生できる。

上記の模型の圧力損失調整用構造体において、前記上流側の抵抗調整部材の下流側の面に配置された前記撓み防止部材の端部を折り曲げて、折り曲げた端部の先端を、前記下流側の抵抗調整部材の上流側の面に当接させて構成すると、撓み防止部材の端部を折り曲げて、流体の流れに沿った断面でコ字形状に撓み防止部材を形成しているので、この折り曲げた角部で、流体圧で生じる曲げモーメントを受け持つことができる。そのため、折り曲げた角部を持たない形状に比べて流体圧に対する強度を増加することができる。

上記の模型の圧力損失調整用構造体において、前記抵抗調整部材として、表側からの流れと裏側からの流れで圧力損失が変化する抵抗体、単層構造を持つ抵抗体、三次元網目構造を持つ抵抗体のいずれかを用いることで、容易に様々な抵抗を持つ模型の圧力損失調整用構造体を形成することができるようになる。

上記のような目的を達成するための本発明の流体試験用模型は、上記の模型の圧力損失調整用構造体を備えて構成される。

上記のような目的を達成するための本発明の流体試験における模型の圧力損失調整方法は、上記の模型の圧力損失調整用構造体を用いることを特徴とする方法である。この方法によれば、支持部材を用いることがないので、部材数が少なく軽量な構造体で、また、支持部材の流体抵抗を考慮する必要がなくなるので、比較的容易に圧力損失を所望の圧力損失に調整することができる。

更に、流体の流れる方向に関する抵抗調整部材の累積厚さを一定とした場合には、圧力勾配が一定となるので、解析計算における結果の精度を向上させることができる。

本発明に係る模型の圧力損失調整用構造体、流体試験用模型及び模型の圧力損失調整方法によれば、上流側と下流側の抵抗調整部材の間に支持部材を配設することなく、抵抗調整部材と撓み防止部材のみで、流体の流れの上流側と下流側に抵抗調整部材を配置して、機械的強度を維持しつつ、所望の抵抗特性を実現することができる。

更に、上流側と下流側とで異なる機械的強度を有する抵抗調整部材を用いた場合でも、流体圧に対する機械的強度を維持しつつ、流体が通過する方向の抵抗調整部材の累積厚さを所望の厚さ分布にすることができて、所望の抵抗特性を発揮することができる。

本発明に係る実施の形態の模型の圧力損失調整用構造体の構成を示した模式的な組立て図である。 本発明に係る実施の形態の模型の圧力損失調整用構造体の構成を示した模式的な側断面図である。 本発明の模型の圧力損失調整用構造体に生じる曲げモーメントと撓みを示した模式的な側断面図である。 模型の圧力損失調整用構造体（通風抵抗体）による風速と圧力損失の関係を示す図である。 従来技術の模型の圧力損失調整用構造体の構成を示した模式的な組立て図である。 従来技術の模型の圧力損失調整用構造体の構成を示した模式的な側断面図である。 支持部材による圧力損失の上昇を示した風速と圧力損失の関係を示す図である。 従来技術の模型の圧力損失調整用構造体における風圧による撓みで発生した間隙Ｓを示した模式的な側断面図である。 改良発明の模型の圧力損失調整用構造体の構成を示した模式的な組立て図である。 改良発明の模型の圧力損失調整用構造体の構成を示した模式的な側断面図である。 改良発明の模型の圧力損失調整用構造体に生じる曲げモーメントと撓みを示した模式的な側断面図である。

以下、本発明に係る実施の形態の模型の圧力損失調整用構造体、流体試験用模型及び模型の圧力損失調整方法について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では風洞試験における模型を例に説明するが、本発明はこの風洞試験に限定されるものではなく、回流水槽や水槽の試験における模型にも適用できる。

図１〜図３の本発明に係る実施の形態について説明する。この実施の形態の模型の圧力損失調整用構造体１０は、空気（流体）Ｆを用いた風洞試験で用いる模型１の内部を流れる空気Ｆの圧力損失を調整するための構造体であり、模型１のハウジング２の内部に、空気Ｆの流れに対する抵抗となって圧力損失を発生する抵抗調整部材（通風抵抗体）１１，１２とこの抵抗調整部材１１，１２の撓みを防止する撓み防止部材２１，２２を配置して構成される。

この抵抗調整部材１１，１２としては、表側からの流れと裏側からの流れで圧力損失が変化する抵抗体、単層構造を持つ抵抗体、三次元網目構造を持つ抵抗体のいずれかを用いることができる。具体的なものとしては金属メッシュとその積層体、金属発泡体等がある。これらで形成される抵抗調整部材１１，１２の厚みの調整により容易に様々な抵抗を持つ模型の圧力損失調整用構造体１０を形成することができるようになる。この抵抗調整部材１１，１２は板状に形成される。

また、撓み防止部材２１，２２は板状に形成され、抵抗調整部材１１，１２のいずれよりも圧力損失が小さくかつ撓み強度が高い材料で構成される。この撓み防止部材２１，２２の材料は、例えば、金属メッシュ等である。これらの材料で形成される撓み防止部材２１，２２の厚みや曲げにより、容易に様々な機械的強度を持たせることができる。

また、この上流側と下流側の抵抗調整部材１１，１２の間に支持部材を配設することなく、抵抗調整部材１１，１２と撓み防止部材２１，２２のみで、空隙３を挟んで流体Ｆの流れの上流側と下流側に抵抗調整部材１１，１２を配置する。

つまり、図１に示すように、空気Ｆの流れの方向に沿った断面に関して、空気Ｆの流れの上流側と下流側のそれぞれに抵抗調整部材１１，１２を配置すると共に、上流側の抵抗調整部材１１の下流側の面と、下流側の抵抗調整部材１２の下流側の面とに、抵抗調整部材１１，１２よりも圧力損失が小さい撓み防止部材２１，２２をそれぞれ配置して構成する。

図１〜図３に示すように、この上流側の抵抗調整部材１１の下流側の面に配置された撓み防止部材２１は、端部２１ｂを折り曲げて、断面コの字形状を形成して、この折り曲げた端部２１ｂの先端２１ｃを下流側の抵抗調整部材１２の上流面に当接させる。
あるいは、図示しないが、下流側の抵抗調整部材１２の大きさを少し小さく形成して、上流側撓み部材２１の端部２１ｂの内側に入るようにして、端部２１ｂの先端２１ｃを下流側の撓み防止部材２２の上流面に当接させる。

これにより、上流側から抵抗調整部材１１、撓み防止部材２１、空隙３、抵抗調整部材１２、撓み防止部材２２がハウジング２内に箱型形状で配置される。

これらの構成によれば、図３に示すように、空気（流体）Ｆの流れである風が模型１に当たり、抵抗調整部材１１，１２を通過する際に、風圧により上流側の抵抗調整部材１１と下流側の抵抗調整部材１２が共に撓むが、これらの撓みを撓み防止部材２１，２２で受けることにより、各抵抗調整部材１１，１２の撓みを抑制することができる。

つまり、この構造では、撓み防止部材２１の端部２１ｂを折り曲げて、空気Ｆの流れに沿った断面でコ字形状に撓み防止部材２１を形成しているので、この折り曲げた角部で、流体圧で生じる曲げモーメントを受け持つことができる。そのため、折り曲げた角部を持たない形状に比べて流体圧に対する強度を増加することができる。

従って、この構成により、模型の圧力損失調整用構造体１０及び模型１は、機械的強度を維持しつつ、所望の抵抗特性を実現することができる。更に、上流側と下流側とで異なる機械的強度を有する抵抗調整部材１１，１２を用いた場合でも、流体圧に対する機械的強度を維持しつつ、流体Ｆが流れている場合でも、両方の抵抗調整部材１１，１２の撓みを撓み防止部材２１，２２により抑制でき、流体Ｆが通過する方向の抵抗調整部材１１，１２の累積厚さを所望の厚さ分布に維持することができて、所望の抵抗特性を発揮することができる。

また、上記の実施の形態の模型の圧力損失調整用構造体１０において、更に、空気（流体）Ｆの流れの方向に対して抵抗調整部材１１，１２の厚さがそれぞれ一定になるように構成した場合には、この抵抗調整部材１１，１２の部分の圧力勾配がそれぞれ一定となるので、解析計算における結果の精度を向上させることができる。また、本発明の流体試験用模型は、上記の模型の圧力損失調整用構造体１０を備えて構成され、本発明の流体試験における模型の圧力損失調整方法は、上記の模型の圧力損失調整用構造体１０を用いることを特徴とする方法である。

この流体試験用模型及びこの模型の圧力損失調整方法によれば、上流側と下流側の抵抗調整部材の間に支持部材を配設することなく、抵抗調整部材の撓みを防止する撓み防止部材を設けて機械的強度を維持しつつ、所望の抵抗特性を実現することができる。

更に、上流側と下流側とで異なる機械的強度を有する抵抗調整部材を用いた場合でも、撓み防止部材により流体圧に対する機械的強度を維持しつつ、流体が通過する方向の抵抗調整部材の累積厚さを所望の厚さ分布にすることができて、所望の抵抗特性を発揮することができる。

本発明の模型の圧力損失調整用構造体、流体試験用模型及び模型の圧力損失調整方法は、上流側と下流側の抵抗調整部材の間に支持部材を配設することなく、抵抗調整部材と撓み防止部材のみで機械的強度を維持しつつ、所望の抵抗特性を発揮することができるので、自動車や航空機や建造物等の空洞試験や回流水槽試験や水槽試験等で使用する模型の圧力損失調整用構造体、流体試験用模型及び模型の圧力損失調整方法として利用できる。

１ 模型
２ ハウジング
３ 空隙
１０，１０Ｘ，１０Ｙ 模型の圧力損失調整用構造体
１１，１２ 抵抗調整部材
１４ 支持部材
２１，２２ 撓み防止部材
２１ｂ 端部
２１ｃ 先端
Ｆ 空気（流体）

Claims (5)

1. 流体を用いた試験で用いる模型の内部を流れる流体の圧力損失を調整するために、模型の内部に配置されて流体の流れに対する抵抗となって圧力損失を発生する抵抗調整部材を配置する模型の圧力損失調整用構造体において、
   流体の流れの方向に沿った断面に関して、空隙を挟んで流体の流れの上流側と下流側に抵抗調整部材を配置すると共に、前記上流側の抵抗調整部材の下流側の面と、前記下流側の抵抗調整部材の下流側の面とに、前記抵抗調整部材のいずれよりも圧力損失が小さくかつ撓み強度が高い撓み防止部材をそれぞれ当接して配置することを特徴とする模型の圧力損失調整用構造体。
2. 前記上流側の抵抗調整部材の下流側の面に配置された前記撓み防止部材の端部を折り曲げて、折り曲げた端部の先端を、前記下流側の抵抗調整部材の上流側の面に当接させて構成することを特徴とする請求項１記載の模型の圧力損失調整用構造体。
3. 前記抵抗調整部材として、表側からの流れと裏側からの流れで圧力損失が変化する抵抗体、単層構造を持つ抵抗体、三次元網目構造を持つ抵抗体のいずれかを用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の模型の圧力損失調整用構造体。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の模型の圧力損失調整用構造体を備えたことを特徴とする流体試験用模型。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の模型の圧力損失調整用構造体を用いることを特徴とする流体試験における模型の圧力損失調整方法。

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