(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風洞試験において、風洞中に設置される模型を支持するとともに、該模型の迎角を変更可能とした風洞模型支持装置であって、模型の後端部に風洞中の気流と略平行に支持スティングを枢着し、該支持スティングの長手軸上方又は下方に並進駆動するアクチュエータを配置し、該アクチュエータと前記枢着点とを連結してパラレルリンク構成とし模型の迎角を変更可能とした構成であり、アクチュエータの出力軸が枢着された部材に、長穴空きプレートを該長穴部が支持スティング側部に設けられたボルト穴に並行して移動できるように回動自在に取り付け、模型の迎角を固定した位置で、ボルトを前記長穴空きプレートの長穴部に貫通させてボルト穴に螺着し、長穴空きプレートを支持スティングに固定可能としたことを特徴とする風洞模型支持装置。
【請求項２】
支持スティングを同形状の部材で２本並列に配置する構成とした請求項１記載の風洞模型支持装置。
【請求項３】
アクチュエータを２本のスティングの間に配置するとともに、長穴空きプレートを２本のスティングの隙間に取り付けるようにした請求項２記載の風洞模型支持装置。
【請求項４】
並進駆動するアクチュエータに、出力軸を制動できるようブレーキを設けた請求項１記載の風洞模型支持装置。
【請求項５】
風洞試験において、風洞中に設置される模型を支持するとともに、該模型の迎角を変更可能とした風洞模型支持装置であって、模型の後端部に風洞中の気流と略平行に支持スティングを枢着し、該支持スティングの長手軸上方又は下方に並進駆動するアクチュエータを配置し、該アクチュエータと前記枢着点とを連結してパラレルリンク構成とし模型の迎角を変更可能とし、並進駆動するアクチュエータに、出力軸を制動できるようブレーキを設けたことを特徴とする風洞模型支持装置。
【請求項６】
アクチュエータに、出力軸の位置を計測する位置センサを取り付けた請求項１〜５のいずれかに記載の風洞模型支持装置。
【請求項７】
風洞試験において、風洞中に設置される模型を支持するとともに、該模型の迎角を変更可能とした風洞模型支持装置であって、模型の後端部に風洞中の気流と略平行に支持スティングを枢着し、該支持スティングの長手軸上方又は下方に並進駆動するアクチュエータを配置し、該アクチュエータと前記枢着点とを連結してパラレルリンク構成とし模型の迎角を変更可能とし、アクチュエータに出力軸の位置を計測する位置センサを取り付けたことを特徴とする風洞模型支持装置。
【請求項８】
支持スティングとアクチュエータとで構成された支持部材全体をケーシングで被覆して一体構造とした請求項１〜７のいずれかに記載の風洞模型支持装置。
【請求項９】
風洞試験において、風洞中に設置される模型を支持するとともに、該模型の迎角を変更可能とした風洞模型支持装置であって、模型の後端部に風洞中の気流と略平行に支持スティングを枢着し、該支持スティングの長手軸上方又は下方に並進駆動するアクチュエータを配置し、該アクチュエータと前記枢着点とを連結してパラレルリンク構成とし模型の迎角を変更可能とし、支持スティングとアクチュエータとで構成された支持部材全体をケーシングで被覆して一体構造としたことを特徴とする風洞模型支持装置。
【請求項１０】
風洞試験において、風洞中に設置される模型を支持するとともに、該模型の迎角を変更可能とした風洞模型支持装置であって、模型の後端部に風洞中の気流と略平行に支持スティングを枢着するとともに、模型周りの気流を乱さない十分後方に回転駆動するアクチュエータを配置し、該アクチュエータの出力軸に前記支持スティングの内部を軸通するようにシャフトを取り付け、該シャフトの先端部と前記枢着点とを食違い軸歯車対及び交差軸歯車対のいずれかの力伝達手段により連結して模型の迎角を変更可能としたことを特徴とする風洞模型支持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、亜音速・遷音速・超音速と三種の速度状態で、共通して用いることのできる風洞実験の模型支持装置の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、亜音速・遷音速・超音速という異なる速度領域の空気流を生成し得る三音速、ないしは、二音速の風洞設備が設立されている。風洞実験を実施するユーザーには、多様な試験が可能で、かつ、模型周りの気流をできるだけ乱さない模型支持装置が好まれる。
【０００３】
従来の模型支持装置としては、例えば、図８に示すように、模型１０を取り付けるストラット１２が内軸と外軸の二重管構造のものからなり、該内軸と外軸との上端間に、内軸の上下動又は回動に伴い内軸と外軸との間に生じる相対変位により作動するリンク機構１４を設け、リンク機構１４の作動によりリンク機構１４の一端に連結した模型１０の姿勢変角を行うようにした構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。この支持装置においては、通風中に航空機模型の迎角を変化させる試験が可能である。しかし、この支持装置は、模型の直下に支持スティングが、気流に対して垂直に立てられている。そのため、これを超音速気流の試験に用いた場合、支持スティングから衝撃波の発生の恐れがあり、精度の良い実験データを得ることができない。
【０００４】
したがって、超音速実験においては、模型の後方に、気流に平行に支持スティングを配置する構造が好ましく、例えば、従来は、模型後端部をスティング前端部に枢着し、上記枢着点より前方の模型の部分とスティング又はスティングポットに設けられたアクチュエータによる可動部とをリンクで連結した装置が用いられている（例えば、特許文献２参照）。この装置は、一見すると気流を乱さないスマートな構造であるが、模型の迎角を大きく変更することができず、その結果、模型には大きな揚力が発生しない。よって、収納性の良い小型のアクチュエータの使用が可能となる。模型に大きな揚力がかかる場合は、アクチュエータを大型化するか、力伝達効率を高めるためアクチュエータを支持スティングから大きく離して配置することになるが、それでは模型周りの気流を乱すことになる。
【０００５】
この問題を解決するため、これまでは、例えば、模型周りの気流に影響を与えないよう、模型の十分後方に取り付けられた大型のアクチュエータを使って、模型の迎角を変更できる構造が提案されているが（例えば、特許文献３参照）、これでは装置が大型化してしまうことは言うまでもない。これに対しては、例えば、スティングを少なくとも３つに分割し、分割部それぞれに互いに噛み合う冠歯車を配設し、冠歯車を噛み合わせて固定できるようにした構造が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００６】
また、例えば、図９に示すように、模型１６が取り付けられた前部スティング１８と央部スティング２０とが一方の耳部を他方の２叉部に挿入して横ピンボルトで枢着してなる前部関節２２と、央部スティング２０と後部スティング２４とが一方の耳部を他方の２叉部に挿入して竪ピンボルトで枢着してなる後部関節２６と、前部関節２２、後部関節２６の角度をそれぞれ所望の角度に調節及び固定する角度調節及びロック手段とを備えた構成が知られている（例えば、特許文献５参照）。
【０００７】
上記のように、結局、現在では、上述した特許文献４や特許文献５などで提案されているように、通風中にアクチュエータで迎角を変えるのではなく、通風前に人の作業にて迎角を変更しボルトにて締結する構造が採用されることが多い。しかしながら、亜音速実験と超音速実験で支持装置を取り替えていたのでは、ユーザーにとっては段取り替えが必要になり、また、メーカーにとっては設計・製造コストが増大することになる。そのため、亜音速実験と超音速実験の両方に共通して使用することのできる模型支持装置の開発が望まれている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−３０７９７８号公報
【特許文献２】
実開平１−１３６４４３号公報
【特許文献３】
特開平４−１１６４４０号公報
【特許文献４】
実開昭５８−９１１４７号公報
【特許文献５】
特開平５−１８７９６１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、本発明の目的は、亜音速・遷音速・超音速という異なる速度領域の風洞実験において、共通して使用することのできる模型支持装置の構造を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の装置は、風洞試験において、風洞中に設置される模型を支持するとともに、該模型の迎角を変更可能とした風洞模型支持装置であって、模型の後端部に風洞中の気流と略平行に支持スティングを枢着し、該スティングの長手軸上方又は下方に並進駆動するアクチュエータを配置し、該アクチュエータと前記枢着点とを連結してパラレルリンク構成とし模型の迎角を変更可能としている（図１、図２参照）。
【００１１】
上記の装置においては、アクチュエータの出力軸が枢着された部材（可動スティング）に、長穴空きプレートを該長穴部が支持スティング側部に設けられたボルト穴に並行して移動できるように回動自在に取り付け、模型の迎角を固定した位置で、ボルトを前記長穴空きプレートの長穴部に貫通させてボルト穴に螺着し、長穴空きプレートを支持スティングに固定可能とすることが好ましい（図３、図４、図５参照）。
【００１２】
また、上記の装置においては、支持スティングを同形状の部材で２本並列に配置する構成としてもよい。支持スティングを同形状の２本組で構成することで、１本の場合より剛性が保てる。この場合、アクチュエータを２本のスティングの間に配置するとともに、長穴空きプレートを２本のスティングの隙間に取り付けることが好ましい（図２参照）。
【００１３】
また、上記の装置において、長穴空きプレートを設ける代わりに、並進駆動するアクチュエータに、出力軸を制動できるようブレーキを設けることも可能である（図６参照）。この場合、可動スティングとプレートをボルト締結しなくても、並進駆動アクチュエータに直接ブレーキを取り付けることで、高負荷な空力に耐えられる構造となる。
【００１４】
また、これらの装置においては、アクチュエータに、出力軸の位置を計測する位置センサを取り付けることが好ましい。また、支持スティングとアクチュエータとで構成された支持部材全体をケーシングで被覆して一体構造とすることが好ましい。例えば、支持スティングと並進駆動アクチュエータを、軽量なアクリル樹脂などからなり、模型側の先端部が略円錐形状等となったケーシングで覆うことが望ましい。
【００１５】
また、本発明の装置は、風洞試験において、風洞中に設置される模型を支持するとともに、該模型の迎角を変更可能とした風洞模型支持装置であって、模型の後端部に風洞中の気流と略平行に支持スティングを枢着するとともに、模型周りの気流を乱さない十分後方に回転駆動するアクチュエータを配置し、該アクチュエータの出力軸に前記支持スティングの内部を軸通するようにシャフトを取り付け、該シャフトの先端部と前記枢着点とを食違い軸歯車対（ウォームギアやハイポイドギア等）、又は、交差軸歯車対（ベベルギアやフェースギア等）などの力伝達手段により連結して模型の迎角を変更可能としたことを特徴としている（図７参照）。この場合、模型周りの気流を乱さない十分後方に、大型の回転駆動アクチュエータを取り付け、その出力軸にシャフトを取り付け、シャフトの反対側の端には、食違い軸歯車対又は交差軸歯車対を取り付けることで、高負荷な空力にも耐えられる構造となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能なものである。
図１〜図５は、本発明の実施の第１形態による風洞模型支持装置を示している。本実施の形態は、模型後方に、気流と平行に支持スティングを取り付け、このスティングの長手軸から若干オフセットさせた位置に並進駆動するアクチュエータを配置し、パラレルリンク構成にて模型の迎角を変更する模型支持装置である。
【００１７】
図１に示すように、気流が流れる風洞中の計測部に風洞試験用の模型２８が配置され、この模型２８は、一端が固定部（図示略）に固定され他端に模型後端部を枢着した支持スティング３０によって支持されている。支持スティング３０は気流と平行に設置される。支持スティング３０の長手軸より若干上方の位置には並進駆動アクチュエータ３２が配置され、アクチュエータ３２の出力軸３４に可動スティング３６（アクチュエータが作用する部材）が枢着されて、パラレルリンク構成にて模型２８の迎角が変更できるようになっている。この場合、図示していないが、アクチュエータ３２には出力軸３４の位置を計測する位置センサが取り付けられている。
【００１８】
また、図３等に示すように、本実施の形態においては、可動スティング３６（アクチュエータが作用する部材）に、長穴空きプレート３８が回動自在に取り付けられる場合があり、プレート３８の長穴部４０が支持スティング３０側部に設けられたボルト穴に並行して移動できるように枢着されている。通風中に模型２８の迎角を変更する必要のない試験を行う際には、通風前にアクチュエータ３２を要求する位置へ変位させ、その位置で、支持スティング３０に設けられたボルト穴とボルト４２により長穴空きプレート３８を固定する。例えば、図４は模型の迎角を上方に変位させた場合で、図５は模型の迎角を下方に変位させた場合である。
【００１９】
亜音速実験のときなど、通風中に模型２８の迎角を変更する必要のある試験を行う際には、長穴空きプレート３８を外し、図１に示すような構成として、並進駆動アクチュエータ３２で模型２８の迎角をサーボ制御する試験を行うことができる。なお、サーボモータ等の図示は省略している。
また、超音速実験のときなど、上記のように通風中に模型２８の迎角を変更する必要のない試験を行う際には、長穴空きプレート３８を取り付け、通風前にアクチュエータ３２を所定の位置に変位し、その位置でプレート３８とスティング３０をボルト４２で締結する。その結果、模型２８に高負荷な空力が作用しても、締結されたボルト４２とプレート３８がこの負荷に耐え、アクチュエータ３２としては小型のものが使用可能となる。また、迎角はセンサとアクチュエータにて変更するため、精密なボルト締結が可能となる。
【００２０】
また、図２に示すように、本実施の形態においては、支持スティング３０が同形状の部材で２本並列に配置された構成となるようにしてもよい。支持スティングを同形状の２本組で構成することで、１本の場合より剛性が保てる。この場合、アクチュエータ３２は２本のスティング３０の間に配置され、長穴空きプレート３８は２本のスティング３０の隙間に取り付けられるのが好ましい。さらに、図示していないが、気流に対して平行な支持スティング３０と並進駆動アクチュエータ３２は、軽量なアクリル樹脂などからなり模型側の先端部が略円錐形状等となったケーシングで覆うことが望ましい。
【００２１】
図６は、本発明の実施の第２形態による風洞模型支持装置を示している。本実施の形態は、可動スティングとプレートをボルト締結しなくても、並進駆動アクチュエータに直接ブレーキを取り付けることで、高負荷な空力に耐えられる構造としたものである。図６に示すように、長穴空きプレートを設ける代わりに、並進駆動するアクチュエータ３２に、出力軸３４を制動できるようブレーキ４４が設けられている。他の構成及び作用等は、実施の第１形態の場合と同様である。
【００２２】
図７は、本発明の実施の第３形態による風洞模型支持装置を示している。本実施の形態は、模型周りの気流を乱さない十分後方に、大型の回転駆動アクチュエータを取り付け、その出力軸にシャフトを取り付け、シャフトの反対側の端には、食違い軸歯車対又は交差軸歯車対を取り付け、高負荷な空力にも耐えられる構造としたものである。図７に示すように、気流が流れる風洞中の計測部に風洞試験用の模型２８が配置され、この模型２８は、一端が固定され他端に模型後端部を枢着した支持スティング４６によって支持されている。支持スティング４６は気流と平行に設置される。模型２８周りの気流を乱さない十分後方には回転駆動アクチュエータ４８が配置され、アクチュエータ４８の出力軸には支持スティング４６の内部を軸通するようにシャフト５０が取り付けられ、シャフト５０の先端部と模型２８後端部の枢着点とが、例えば、食違い軸歯車対（ウォームギアやハイポイドギア等）や交差軸歯車対（ベベルギアやフェースギア等）などにより連結され、模型２８の迎角が変更可能となっている。一例として、図７では食違い軸歯車対５２が取り付けられている。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１）  風洞実験において、低音速（亜音速）気流実験と超音速気流実験の両方に共通して用いることができる。その結果、異なる音速領域の実験でも、段取り替えが不要であり、しかも、装置を共有化することで製作コスト等を抑えることができる。
（２）  低音速実験においては、模型の迎角をサーボ制御することができる。また、超音速実験においては、長穴空きプレートを支持スティングに固定したり、アクチュエータに直接ブレーキを取り付けることで、模型に高負荷な空力が作用しても耐えることができる。その結果、アクチュエータは小型のものを使用することができる。また、迎角はセンサとアクチュエータにて変更するため、迎角を固定する際に精密な位置決めが可能となる。
（３）  高剛性で、しかも気流遮断率を抑えたスマートな構造であるため、模型周りの気流を乱すことがなく、精密な風洞実験が可能となる。
（４）  模型周りの気流を乱さない十分後方に、大型の回転駆動アクチュエータを取り付け、その出力軸にシャフトを取り付け、シャフトの反対側の端には、食違い軸歯車対又は交差軸歯車対を取り付けることで、高負荷な空力に耐えることが可能な構造とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態による風洞模型支持装置の一例を示す概略構成側面説明図である。
【図２】本発明の実施の第１形態による風洞模型支持装置の他の例を示す概略構成平面説明図である。
【図３】本発明の実施の第１形態において模型の迎角が固定された状態（基本時）を示す概略側面説明図である。
【図４】本発明の実施の第１形態において模型の迎角が固定された状態（上迎時）を示す概略側面説明図である。
【図５】本発明の実施の第１形態において模型の迎角が固定された状態（下迎時）を示す概略側面説明図である。
【図６】本発明の実施の第２形態による風洞模型支持装置を示す概略構成側面説明図である。
【図７】本発明の実施の第３形態による風洞模型支持装置を示す概略構成側面説明図である。
【図８】従来の風洞模型支持装置の一例を示す概略構成側面説明図である。
【図９】従来の風洞模型支持装置の他の例を示す概略構成側面説明図である。
【符号の説明】
１０、１６、２８  模型
１２  ストラット
１４  リンク機構
１８  前部スティング
２０  央部スティング
２２  前部関節
２４  後部スティング
２６  後部関節
３０、４６  支持スティング
３２  並進駆動アクチュエータ
３４  出力軸
３６  可動スティング
３８  長穴空きプレート
４０  長穴部
４２  ボルト
４４  ブレーキ
４８  回転駆動アクチュエータ
５０  シャフト
５２  食違い軸歯車対
【図１】
0003691472.tif 000002
【図２】
0003691472.tif 000003
【図３】
0003691472.tif 000004
【図４】
0003691472.tif 000005
【図５】
0003691472.tif 000006
【図６】
0003691472.tif 000007
【図７】
0003691472.tif 000008
【図８】
0003691472.tif 000009
【図９】
0003691472.tif 000010