JPH08313388A

JPH08313388A - 風洞試験装置

Info

Publication number: JPH08313388A
Application number: JP11976695A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Asai; 滋浅井
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-05-18
Filing date: 1995-05-18
Publication date: 1996-11-29

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】風洞内で供試模型を自由飛行させ、飛行運動
特性を計測する。【構成】風洞３１内を前後方向に走行するＸ台車１
７、Ｘ台車１７上をＸ台車走行方向と直交する方向に走
行するＹ台車１５、Ｙ台車１５上で上下方向に滑動する
スライド・ロッド１２からなる模型トラッキング装置
と、スライド・ロッド１２の上端に供試模型１を姿勢角
自在にして連結する球面ベアリング１０と、スライド・
ロッド１２の上端に設けられ模型トラッキング装置から
供試模型へ伝わる微小外力を検出する検力計１１と、模
型トラッキング装置に装着され、供試模型１の風洞壁へ
の接近時に制動力を発生し、供試模型の風洞壁への衝突
を防止する緩衝装置１９とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、航空機等の飛行体を模
擬して製作された供試模型を、高速気流が発生している
風洞内で自由飛行させて、その飛行運動を計測すること
により、供試模型で模擬された航空機等の飛行運動特性
を、地上で直接取得するようにした風洞試験装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】風洞内の高速気流中を飛行する供試模型
を用い、地上で、供試模型で模擬された飛行体の飛行運
動特性を直接取得することを目的とした、自由飛行風洞
試験と呼ばれる試験法がある。図５は、これらの試験法
に使用される風洞試験装置の概念図を示す斜視図であ
る。

【０００３】同図において、１は供試模型、２は主翼、
３はエルロン舵面、４は水平尾翼、５はエレベータ舵
面、６は垂直尾翼、７はラダー舵面、８はフレキシブル
・ホース、９はノズル、２８はプーリー、２９はケーブ
ル、３０は張力制御装置である。このような風洞試験装
置で、風洞内の高速気流Ｖ中に置かれた供試模型１は、
その主翼２の発生する揚力により浮揚し、風洞外の図示
しない空気圧縮機で発生させた圧縮空気をフレキシブル
・ホース８を経由して供試模型１まで導き、ノズル９よ
り機体後方にジェット噴出することにより推力を得、風
洞内で飛行させるようにしている。

【０００４】一方、風洞外に設けた図示しない制御装
置、あるいは操縦者は、供試模型１の飛行運動状況を観
測の上、主翼２に装備されたエルロン舵面３、水平尾翼
４に装備されたエレベータ舵面５、垂直尾翼６に装備さ
れたラダー舵面７を操作することにより、供試模型１に
所要の飛行運動を行わせることができる。

【０００５】しかし、風洞内において送風開始から送風
終了まで、ノズル９で発生する推力と、エルロン舵面
３、エレベータ舵面５、およびラダー舵面７の３舵面の
操作による、空気力の制御のみで、風洞壁に接触するこ
となく、供試模型１の飛行運動をコントロールし飛行さ
せることは非常に困難である。

【０００６】このため、図に示す従来の風洞試験装置に
おいては、プーリー２８、ケーブル２９と張力制御装置
３０により、供試模型１の飛行運動を拘束し、供試模型
１が風洞壁に接触しないようにし飛行させて、風洞試験
を遂行している。こうして得られた試験結果を基に、供
試模型１拘束の影響を解析的に除去した上で、供試模型
１の自由飛行運動特性を抽出するようにしている。

【０００７】上記のことから明らかなように、上述の試
験法は、地上で実際の飛行体の飛行運動特性を直接取得
することを目的とした自由飛行風洞試験でありながら、
試験結果から供試模型１の拘束の影響を除去する必然性
が残り、このことが本試験方法の欠点となっている。す
なわち、従来の風洞試験装置では、プーリー２８、ケー
ブル２９、張力制御装置３０により構成される外力系
が、供試模型１の飛行運動に対して大きな影響を及ぼす
ため、風洞試験で得られた試験結果から、飛行運動特性
を把握するためには、外力系の供試模型１の飛行運動に
及ぼす拘束の影響に対して、十分な配慮を要し、試験
後、試験結果から直ちに飛行運動特性が把握できない点
が問題となっていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来の風洞試験装置の不具合を解消するため、風洞の送風
開始から送風終了まで、供試模型が風洞壁に接触するこ
とのないようにするための制御装置、あるいは操縦者に
より行われる供試模型の飛行運動制御操作を不要にし
て、飛行させることができるとともに、風洞内に設定さ
れた飛行範囲内では、供試模型はほとんど拘束されず飛
行でき、試験後、得られた試験結果から直ちに飛行運動
が定量的に解析・評価できるようにした風洞試験装置を
提供することを課題とする。

【０００９】

【問題を解決するための手段】このため、本発明の風洞
試験装置は次の手段とした。（１）風洞内の気流が流れる方向である、風洞の前後方
向に、小さい摩擦力で走行するようにしたＸ台車、Ｘ台
車上をＸ台車の進行方向の左右方向に、小さい摩擦力で
走行するようにしたＹ台車、およびＹ台車上で上下方向
に、小さい摩擦力でスライドするスライド・ロッドから
なる模型トラッキング装置を風洞内に設けた。なお、Ｘ
台車、Ｙ台車、およびスライド・ロッドの作動時、模型
トラッキング装置は、空力抵抗の小さいものにすること
が好ましい。（２）スライド・ロッドの上端に、姿勢角を自在に変更
できるように、摩擦を非常に小さくして、供試模型を支
持できる球面ベアリングを設けた。（３）スライド・ロッドの上部に、模型トラッキング装
置から供試模型に伝達される外力、すなわちＸ台車の走
行方向であるＸ方向力、Ｙ台車の走行方向であるＹ方向
力、およびスライド・ロッドの上下動方向であるＺ方向
力、をそれぞれ検出できる検力計を設けた。（４）供試模型の飛行時、風洞壁に供試模型が衝突する
ことのない風洞内の所定区画に定められた飛行範囲を供
試模型が飛行しているときは、供試模型の飛行を拘束す
ることなく、供試模型が飛行範囲から逸脱しようとする
ときは、供試模型を制動する緩衝装置を模型トラッキン
グ装置に設けた。

【００１０】

【作用】本発明の風洞試験装置は、上述の手段により、
供試模型の風洞壁との衝突が回避できる風洞内の所定区
画に定められた飛行範囲の飛行においては、供試模型は
摩擦力を小さくしたＸ台車、Ｙ台車、スライド・ロッド
により構成される模型トラッキング装置、および球面ベ
アリングにより支持されて飛行するので、これらの支持
装置から有意な反力を受けないため、供試模型はその飛
行運動に対し実質上影響を受けることなく、また、球面
ベアリングの支持により、姿勢を自由に変えて飛行で
き、自由飛行中の運動特性を計測結果から直接把握でき
る。これにより、計測結果を早期に設計に反映させるこ
とができるとともに、計測結果の良否が早期に判断で
き、風洞試験を効率化することができる。

【００１１】一方、飛行範囲から逸脱して、飛行中の供
試模型が風洞壁と衝突する可能性のある風洞壁近傍の制
動範囲を飛行しようとするときは、模型トラッキング装
置のＸ台車、Ｙ台車およびスライド・ロッドに設けた緩
衝装置からの反力が急激に増大するため、飛行している
供試模型を飛行範囲の方向へ引き戻す制動力が働き安全
に、かつ確実に、供試模型を保持することが可能とな
る。

【００１２】また、走行時、または上下動時の摩擦力を
小さく、供試模型の飛行に追従して移動する模型トラッ
キング装置で、供試模型は支持されているため、微小と
はいえ、模型トラッキング装置より供試模型に伝わる外
力が発生するが、この外力はスライド・ロッド上端部に
設けた検力計で計測することにより、これらの外力が供
試模型の自由飛行に及ぼす影響を定量的に把握でき、こ
れにより試験結果を補正することにより、完全に自由な
状態における飛行運動を正確に計測することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の風洞試験装置を実施例にもと
づき説明する。なお、実施例を示す図において、図５に
示す部材と同一のものは、同一番号を付して説明を省略
する。図１は、本発明の風洞試験装置の一実施例を示す
斜視図である。

【００１４】図において、１０は球面ベアリング、１１
は検力計、１２はスライド・ロッド、１３は外筒、１４
はウェイト・バランサー、１５はＹ台車、１６はＹ台車
用レール、１７はＸ台車、１８はＸ台車用レール、１９
は緩衝装置を表わす。

【００１５】風洞３１内で飛行させる供試模型１は、そ
の重心近傍において球面ベアリング１０、検力計１１を
介してスライド・ロッド１２に接続されている。スライ
ド・ロッド１２は、外筒１３の中を上下方向に滑かにス
ライドする。また、球面ベアリング１０により連結さ
れ、姿勢角を自在に変更できるようにした供試模型１を
上端に連結したスライド・ロッド１２の自重は、外筒１
３に装着されたウェイト・バランサー１４によって支え
られている。

【００１６】風洞３１の内部には、気流Ｖの流れる方
向、すなわち風洞３１の前後方向に、側壁下端部に沿っ
て、Ｘ台車用レール１８が敷設されており、走行時の摩
擦力を小さくされたＸ台車１７は、このＸ台車用Ｘレー
ル１８の上を滑かに走行する。またＸ台車１７上には、
Ｘ台車１７の走行方向と直交する左右方向に、Ｙ台車用
レール１６が敷設されており、上記外筒１３を中央部に
装着したＹ台車１５は、このＹ台車用レール１６の上を
滑かに走行する。

【００１７】次に、スライド・ロッド１２の自重を支持
するウェイト・バランサー１４の具体的機構の一例を、
図２に示す斜視図で説明する。同図において、２０はラ
ック、２１はピニオン、２２はバックラッシュ防止用コ
イル・バネ、２３はゼンマイ・バネを表わす。ラック２
０は、スライド・ロッド１２の側面に装着され、このラ
ック２０にピニオン２１が嵌合する。ピニオン２１は、
２枚のスパー・ギアで構成され、ラック２０の歯をピニ
オン２１の２枚のスパー・ギアの歯で挟みこむように、
バックラッシュ防止用コイル・バネ２２が機能するた
め、スライド・ロッド１２が上方向から下方向、あるい
は下方向から上方向にスライド方向を変える時点でも、
バックラッシュに起因する停止状態は生じない。

【００１８】ゼンマイ・バネ２３は、ピニオン２１に装
着され、同ピニオンに対して回転トルクを与え、このト
ルクがスライド・ロッド１２の自重を支える。なお、ゼ
ンマイ・バネ２３は、十分な巻数を有し、スライド・ロ
ッド１２の位置が最上位から最下位間のいずれの位置に
あっても、常にスライド・ロッド１２の自重分に相当す
る一定トルクを与える。これにより、特に解決すべき技
術的課題もなく、実現性の高いウェイト・バランサー１
４が得られる。

【００１９】次に、飛行中の供試模型１が風洞３１の側
壁、天井、若しくは底板、いわゆる風洞壁と衝突するこ
とのない、風洞３１内の所定区画に設けられた飛行範囲
から逸脱して、風洞壁と衝突する可能性のある風洞壁近
傍の制動範囲に入ろうとするとき、供試模型１を制動す
る緩衝装置１９の一例として、スライド・ロッド１２用
に使用される緩衝装置１９を図３に示す斜視図で説明す
る。同図において、１９ａ，１９ｂ，１９ｃは外筒上端
側緩衝装置、１９ｄは外筒下端側緩衝装置、２４はスラ
イド・ロッド１２の鍔部、２５はスライド・ロッド１２
の底部を表わす。スライド・ロッド１２の鍔部２４が、
外筒上端側緩衝装置１９ａ，１９ｂ，１９ｃに、また、
スライド・ロッド１２の底部２５が、外筒下端側緩衝装
置１９ｄに接触すると、これらの緩衝装置１９ａ，１９
ｂ，１９ｃ，１９ｄが収縮することにより、スライド・
ロッド１２の運動エネルギーを吸収する。

【００２０】このように、Ｘ台車１７およびＹ台車１５
は、風洞３１底面上の水平面内を、滑かに走行するＸ−
Ｙ自由走行台車を構成し、これに、ウェイト・バランサ
ー１４で、その自重を支えられたスライド・ロッド１２
を組合せることにより、風洞３１内を自由飛行する供試
模型１の動きに追従して、風洞３１内の任意の位置に移
動できる模型トラッキング装置を実現することができ
る。また、逆にＸ台車１７、Ｙ台車１５、およびスライ
ド・ロッド１２の可動範囲において、検力計１１、およ
び球面ベアリング１０を介して、スライド・ロッド１２
の上端に接続された供試模型１は、３次元方向の並進運
動と回転運動の６自由度運動を非常に滑かに行うことが
可能となる。

【００２１】一方、Ｙ台車用レール１６の両端、および
Ｘ台車用レール１８の両端に設けられた緩衝装置１９
は、それぞれＹ台車１５、あるいはＸ台車１７の台車枠
が接触すると、緩衝装置１９が収縮することにより、Ｙ
台車１５、Ｘ台車１７の運動エネルギーを吸収し、これ
らの制動を行う。従って、風洞壁に接触する近傍の制動
領域での供試模型１の飛行は、拘束され風洞壁に衝突す
ることはなくなり、供試模型１を安全かつ確実に保持す
ることが可能となる。また、上述した模型トラッキング
装置を用いた自由飛行風洞試験においては、Ｘ台車１
７、Ｙ台車１５およびスライド・ロッド１２が供試模型
１とともに並進運動を行うことは上述した通りである。
従って、試験準備段階においては、供試模型１の慣性モ
ーメントは変えることなく、その重量は極力軽減し、模
型トラッキング装置、球面ベアリング１０、供試模型１
を含めた全体の重量が、実機のスケール比対応重量にな
っていることが望ましい。

【００２２】本実施例の風洞試験装置の製作に当って
は、Ｘ台車１７、Ｙ台車１５、およびスライド・ロッド
１２の重量を、可能な限り軽減するとともに、Ｘ台車１
７、Ｙ台車１５の車輪回転部、スライド・ロッド１２の
スライド部、球面ベアリング１０の軸受部の摩擦の低減
を図ることが重要であり、また、模型トラッキング装置
全体にわたり高速気流に晒される部分のフェアリングを
行い、極力、空力抵抗を低減させることが好ましい。こ
のように、重量軽減、摩擦低減、空力抵抗低減により、
模型トラッキング装置から供試模型１に伝わる外力は、
最少限に抑制することが可能である。また、微小とはい
え、結果的に発生する模型トラッキング装置から供試模
型１に伝わる外力は、スライド・ロッド１２上端の検力
計１１によって計測され、その結果は、自由飛行に及ぼ
す影響を定量的に把握するための解析に供される。

【００２３】このように、本実施例においては、供試模
型１が風洞壁に接触する近傍までの自由飛行領域である
飛行範囲では、Ｘ台車１７、Ｙ台車１５、スライド・ロ
ッド１２、および球面ベアリング１０の摩擦力、摩擦ト
ルクが非常に小さく、また、高速気流に晒される部分の
空力抵抗も小さいため、供試模型１の自由飛行運動に対
する影響を小さくできる。すなわち、供試模型１の３次
元方向の並進運動と、回転運動の６自由度運動に非常に
滑かに追跡できる模型トラッキング装置が実現できる。

【００２４】一方、供試模型１が飛行範囲から逸脱し
て、風洞壁に接近した飛行を行う場合、Ｘ台車１７、あ
るいはＹ台車１５の台車枠が、Ｘ台車用レール１８、あ
るいはＹ台車用レール１６の端部に設けた緩衝装置１９
に、またスライド・ロッド１２上端、あるいは下端が緩
衝装置１９に接触する。これに伴い、これらの緩衝装置
１９が収縮することによりＸ台車１７、Ｙ台車１５、お
よびスライド・ロッド１２の運動エネルギーを吸収する
ため、風洞壁に接触する近傍の制動領域においては、供
試模型１には飛行範囲に引き戻す制動力が作用し、自由
飛行運動が拘束され、風洞壁に衝突することが回避でい
て、供試模型１を安全、かつ確実に保持することが可能
となる。

【００２５】また、わずかとはいえ、模型トラッキング
装置から供試模型１に伝わる外力は、スライド・ロッド
１２上端の検力計１１により計測される。例えばＸ方向
力、Ｙ方向力、上下方向力の３分力として計測された外
力の計測結果より、自由飛行に及ぼす影響を試験後定量
的に解析・評価することが可能となる。

【００２６】次に、図４は本発明の風洞試験装置の第二
実施例を示す斜視図である。図において、２６はステ
ー、２７はステー取付部である。ステー取付部２７は、
外筒１３の上端およびＹ台車１５に装着され、ステー２
６によって接続される。また、必要に応じ、ステー取付
部２７に設けたネジを緩めることにより、ステー２６は
取外し可能な機構となっている。本実施例においても、
第一実施例と同様に、供試模型１の飛行範囲における飛
行中には、模型トラッキング装置から供試模型１に伝わ
る外力を最少限に抑制するため、Ｘ台車１７、Ｙ台車１
５、およびスライド・ロッド１２の重量は、可能な限り
軽減させるとともに、Ｘ台車１７、Ｙ台車１５の車輪回
転部、およびスライド・ロッド１２のスライド部、球面
ベアリング１０の軸受部の摩擦を極力低減させている。

【００２７】供試模型１が制動領域を飛行する場合にお
いては、Ｘ台車１７、Ｙ台車１５、スライド・ロッド１
２の運動エネルギーを吸収するため、緩衝装置１９から
Ｘ台車１７、Ｙ台車１５、スライド・ロッド１２には大
きな反力が作用する。従って、これらから構成される模
型トラッキング装置の強度設計に当っては、これらの最
大反力を設計条件として考慮に入れる必要がある。実際
の自由飛行風洞試験を想定すると、送風開始・終了のタ
イミング、飛行制御オン・オフのタイミングと、その後
の過渡応答処理要領といった、言わば風洞試験技術の慣
熟度、制御則の完成度等によって、上記の最大反力が大
きく左右されることは容易に推測される。

【００２８】換言すれば、試験要員も不慣れで制御則の
完成度も高くない試験初期段階では、模型トラッキング
装置の剛性を極力高めておき、試験要員もベテランとな
り制御則もリファインされた試験慣熟段階では、多少剛
性は犠牲にしてでも、模型トラッキング装置の重量軽
減、摩擦低減、空力抵抗低減を図るようにすることが望
ましい。

【００２９】このように模型トラッキング装置の剛性を
可変とするため、本実施例においては、Ｙ台車１５の四
隅と外筒１３上端にステー取付部２７を設け、その間を
簡単に着脱可能なステー２６で連結した。このようにす
ることにより、試験初期段階では、ステー２６を装着し
たままで用い、操作ミス等で制動時の反力が大きくなっ
ても十分耐え得る剛性を模型トラッキング装置に与える
ことができる。また、試験初期段階を経て、スムースに
試験を実施し得るようになった段階では、ステー２６を
外し、より高精度な試験結果を取得するようにすること
ができる。本実施例においては、前述した第一実施例の
効果に加え、このような効果が得られるものである。

【００３０】

【発明の効果】以上、述べたように、本発明の風洞試験
装置によれば、特許請求の範囲に示す構成により、次の
効果が得られる。

【００３１】（１）供試模型が風洞壁と衝突することな
い風洞内に定められた飛行範囲を飛行しているときは、
飛行を拘束する外力が供試模型に働かないため、自由飛
行中の運動特性を忠実に模擬でき、計測結果から飛行運
動特性を直接把握できるようになる。

【００３２】（２）供試模型が飛行範囲から外れて、風
洞壁に衝突する可能性のある制動範囲を飛行しようとす
ると模型トラッキング装置に設けた緩衝装置が働き、供
試模型の飛行に制動力が加わり、供試模型の風洞壁との
衝突が回避でき、供試模型を安全、確実に保持できる。

【００３３】（３）姿勢変動を含む供試模型の自由飛行
を許容する模型トラッキング装置から供試模型へ伝達さ
れる外力は、飛行範囲で微小になるようにしてあるが、
この微小な外力も検力計で検出され、定量的に把握され
るので、高精度の試験結果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の風洞試験装置の第一実施例を示す斜視
図

【図２】図１に示すスライド・ロッドを支持するウェイ
ト・バランサーの斜視図

【図３】図１に示す緩衝装置の一例としてのスライド・
ロッド用の緩衝装置の斜視図

【図４】本発明の第二実施例を示す斜視図

【図５】従来の自由飛行試験用の風洞試験装置の一例を
示す斜視図である。

【符号の説明】

１供試模型２主翼３エルロン舵面４水平尾翼５エレベータ舵面６垂直尾翼７ラダー舵面８フレキシブル・ホース９ノズル１０球面ベアリング１１検力計１２スライド・ロッド１３外筒１４ウェイト・バランサ１５Ｙ台車１６Ｙ台車用レール１７Ｘ台車１８Ｘ台車用レール１９緩衝装置１９ａ，１９ｂ，１９ｃ外筒上端側緩衝装置１９ｄ外筒下端側緩衝装置２０ラック２１ピニオン２２バックラッシュ防止用コイル
バネ２３ゼンマイ・バネ２４スライド・ロッド鍔部２５スライド・ロッド底部２６ステー２７ステー取付部２８プーリー２９ケーブル３０張力制御装置３１風洞

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】風洞内の気流中で供試模型を自由飛行さ
せ、前記供試模型の飛行運動特性を取得する風洞試験装
置において、前記風洞内を前後方向に走行するＸ台車、
前記Ｘ台車上を左右方向に走行するＹ台車、およびＹ台
車上で上下方向に滑動するスライド・ロッドからなる模
型トラッキング装置と、前記スライド・ロッドの上端
に、姿勢角を自在にして前記供試模型を接続する球面ベ
アリングと、前記スライド・ロッドの上部に装着され、
前記模型トラッキング装置から前記供試模型へ伝達され
る外力を検出する検力計と、前記模型トラッキング装置
に装着され、前記風洞内に設定された飛行範囲内での前
記供試模型の自由飛行を許容するとともに、前記飛行範
囲から逸脱する前記供試模型の飛行を制動する緩衝装置
とを具えたことを特徴とする風洞試験装置。