(57)【要約】【課題】  縮小模型を用いても所望の精度を確保できる風洞を提供する。【解決手段】  風路Ｆ内に設置される模型Ｍを支持する支持台１５を備え、支持台１５は、風路床２２に形成された孔部２２ａに、風路床２２に対して所定隙間Ｓを有して配置された支持壁１７と、風路床２２に対して風路Ｆの反対側に形成されたピット２４内に位置して支持壁１７を支持する荷重計１９とを有し、風路Ｆ内を流れる流体の流れ及び模型Ｍの挙動を計測するための風洞において、隙間Ｓから離間した位置に、風路Ｆとピット２４とを連通する連通路２６が設けられていることを特徴とする。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定流路内に設置される模型を支持する支持台を備え、該支持台は、測定流路壁部に形成された孔部に、該測定流路壁部に対して所定隙間を有して配置された支持壁と、前記測定流路壁部に対して前記測定流路の反対側に形成されたピット内に位置して前記支持壁を支持する支持部材とを有し、前記測定流路内を流れる流体の流れ及び／又は前記模型の挙動を計測するための風洞において、
前記隙間から離間した位置に、前記測定流路と前記ピットとを連通する連通路が設けられていることを特徴とする風洞。
【請求項２】
前記連通路は、前記支持台の下流側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の風洞。
【請求項３】
前記測定流路にトレーサを供給するトレーサ供給手段と、
前記模型周りの流れを撮影する撮影装置と、を備え、
三次元の可視化を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の風洞。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載された風洞の前記支持台上に縮小模型を設置して一次耐風安定性評価を行い、
前記一次耐風安定性評価の結果に基づいて、前記縮小模型よりも大きな大型模型を用い、前記風洞よりも大きな測定流路を有する大型風洞によって二次耐風安定性評価を行うことを特徴とする耐風安定性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風洞および耐風安定性評価方法に関し、特に三次元の可視化が可能とされた風洞および耐風安定性評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ビルや煙突、ドーム球場、船舶、橋梁等の三次元形状を有する構造物の耐風安定性を評価するために、風路内にこれら構造物の模型を設置し、種々の流れに対して発生する荷重を計測し、または模型周りの流れを可視化する。
図５には、模型周りの拡大図が示されており、風路Ｆ内には、模型Ｍが設置されている。模型Ｍは、支持台１００によって下方から支持されている。風路床１０１には孔部１０１ａが形成されており、孔部１０１ａにほぼ一致するように支持台１００の上端に位置する支持壁１０２が配置されている。支持壁１０２と周囲の風路床１０１との間には、模型Ｍの変位を許容するように隙間Ｓが形成されている。支持壁１０２の下方には、荷重計１０４が設けられている。この荷重計１０４を囲うようにピット１０６が形成されている。ピット１０６は、箱状のピット形成壁部１０７によって形成されており、隙間Ｓを除いてほぼ閉空間とされている。
【０００３】
耐風安定性の試験を行う場合には、図５において左方から矢印Ａ方向に空気を流し、模型Ｍに作用する力や変位の測定を行い、又は流れの可視化を行う。しかし、支持壁１０２と風路床１０１との間の隙間Ｓにおいて、ピット１０６から風路Ｆへと上昇流Ｂが発生する。これは、ピット内の圧力Ｐｓ２が風路Ｆの圧力Ｐｓ１よりも高くなるからである。このように上昇流Ｂが発生すると、模型Ｍに加わる荷重が変化し、或いは模型周りの流れの様相が変化する。これでは、風洞の測定精度が確保できない。
【０００４】
このような不都合を回避するために、特許文献１に示すように、防風カバーを設ける対策が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３２９５２４号公報（段落［００１６］〜［００１７］，及び図３〜図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に示すような防風カバーは、風路内に設置されるため、風路内の流れに悪影響を及ぼすおそれがある。
一方、小型風洞では、風路Ｆ内の圧力Ｐｓ１とピット１０６内の圧力Ｐｓ２との圧力差が大きくなる傾向にある。したがって、図５に示した上昇流Ｂは、縮小模型を用いた小型風洞において顕著となるので、小型風洞の精度の向上を阻む要因となっていた。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、縮小模型を用いても所望の精度を確保できる風洞および耐風安定性評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の風洞および耐風安定性評価方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる風洞は、測定流路内に設置される模型を支持する支持台を備え、該支持台は、測定流路壁部に形成された孔部に、該測定流路壁部に対して所定隙間を有して配置された支持壁と、前記測定流路壁部に対して前記測定流路の反対側に形成されたピット内に位置して前記支持壁を支持する支持部材とを有し、前記測定流路内を流れる流体の流れ及び／又は前記模型の挙動を計測するための風洞において、前記隙間から離間した位置に、前記測定流路と前記ピットとを連通する連通路が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
測定流路側とピットとを連通する連通路が設けられているので、測定流路とピットとの間で流体が流れ、測定流路とピットとの圧力差が解消される。したがって、支持壁と測定流路壁部との間の隙間を流体が流れ、測定流路における計測に悪影響が生じることがない。
支持壁を支持する支持部材としては、模型に加わる荷重を測定する荷重計を用いても良い。
【００１０】
さらに、前記連通路は、前記支持台の下流側に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
連通路を支持台の下流側に設けることとし、支持台に支持される模型よりも下流側で連通路を介して流体が流れることとしたので、連通路を流れる流体によって測定に悪影響が生じることがない。
【００１２】
さらに、本発明の風洞は、前記測定流路にトレーサを供給するトレーサ供給手段と、前記模型周りの流れを撮影する撮影装置と、を備え、三次元の可視化を行うことを特徴とする。
【００１３】
一般に、小型風洞では、測定流路とピットとの間に圧力差が生じやすい。本発明では、上記風洞を用いることにより、測定流路とピットとの圧力差を解消し、支持壁と測定流路壁部との間の隙間を流体が流れることがないようにしたので、小型風洞であっても所望の精度を確保することができる。一方、大型風洞では三次元の可視化のために光を当てても、模型が大きいため影ができてしまい、光の当て方が難しかった。本発明によれば、所望精度を有する小型風洞が実現できるので、光を当てても影が生じにくい小型模型を用いることができる。したがって、三次元の可視化を精度良く行うことができる。
【００１４】
また、本発明の耐風安定性評価方法は、上記風洞の前記支持台上に縮小模型を設置して一次耐風安定性評価を行い、前記一次耐風安定性評価の結果に基づいて、前記縮小模型よりも大きな大型模型を用い、前記風洞よりも大きな測定流路を有する大型風洞によって二次耐風安定性評価を行うことを特徴とする。
【００１５】
上記風洞によって、縮小模型による耐風安定性評価を行うこととしたので、小規模にかつ精度良く耐風安定性評価を行うことができる。そして、この結果に基づいて、大型風洞によって大型模型による二次耐風安定性評価を行うこととし、最終的な形状を決定する。このように、二次耐風安定性評価の前に縮小模型によって模型形状を概略決定できるので、比較的コスト及び時間がかかる大型風洞による試験の数を可及的に減らすことができる。これにより、全体として大幅な時間およびコストの縮小が可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
測定流路側とピットとを連通する連通路が設けることとしたので、支持壁と測定流路壁部との間の隙間を流体が流れることがなく、所望の測定精度を維持した風洞を提供することができる。
また、所望精度を有する小型風洞を用いて可視化を行うことができるので、光を照射しても影が生じにくい小型模型を用いることができ、精度良く三次元の可視化を行うことができる。
一次耐風安定性評価として小型風洞を用いることができるので、コストおよび時間をかけずに最終形状の模型を選定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、本実施形態にかかる風洞１が示されている。この風洞１は、測定部が高さ５００ｍｍ、幅６００ｍｍ、長さ３０００ｍｍとされた小型風洞とされ、特にビルや煙突、ドーム球場、船舶、橋梁等の構造物の縮小模型について、三次元の可視化ができるようになっている。
【００１８】
風洞１は、図において左側に設けられた吸込口３と、吸込口３から流入した空気が流通する測定胴５と、測定胴５の下流側に設けられ、測定胴５へと空気を取り込むための送風機７とを備えている。送風機７を通過した空気は、吹出口９から外部へと排出される。
測定胴５は、矩形の横断面を有する測定流路を形成し、レーザ光や照明光に対して高い透過率を有するアクリル製の板材で構成されている。可視化を行う際には、測定胴５は、暗室１１によって囲まれる。
【００１９】
図２には、暗室１１内に位置する測定胴５の内部が示されている。測定胴５の側部には照射装置１３が設置されている。この照射装置１３には、レーザ発振装置およびミラー、レンズ等の光学機器が設けられており、これにより、シート状のレーザ光Ｌが測定流路である風路Ｆ内に照射されるようになっている。なお、レーザ光に代えてハロゲン光源を用いることとしても良い。
レーザ光Ｌの高さ位置は可変とされており、各高さ位置にレーザ光Ｌを照射することによって、三次元の可視化が可能となっている。
測定胴５の上方にはカメラ（撮影装置）ＣＭが設けられており、レーザ光Ｌによって照射された領域が撮影されるようになっている。
風路Ｆ内に設置された模型Ｍの上流側には、煙ノズル（トレーサ供給手段）２８が設けられている。この煙ノズルからトレーサとしての煙Ｔが供給されるようになっている。
【００２０】
図３に示すように、模型Ｍは、支持台１５上に設置されている。
支持台１５は、上端に位置する支持壁１７と、この支持壁１７の下方に位置する荷重計（支持部材）１９とを備えている。なお、１分力計となる荷重計１９に代えて、三分力測定装置やバネ支持台を用いても良い。
支持壁１７は、風路床（測定流路壁部）２２に形成された孔部２２ａに、略面一に即ち周囲の風路床２２と略同一の高さとなるように配置されている。支持壁１７の周囲には、隙間Ｓが形成されており、この隙間Ｓによって風力を受けた際の模型Ｍの変位が許容される。
【００２１】
風路Ｆの下方には、荷重計１９を収容するように、ピット２４が形成されている。ピット２４は、箱状のピット形成壁部２５によって画成されており、隙間Ｓおよび後述する連通路２６以外には開口を有しないようになっている。
連通路２６は、ピット２４と風路Ｆとを連通するように設けられている。連通路２６の開口部２６ａは、支持台１５及び模型Ｍよりも下流側に形成されている。
【００２２】
次に、上記構成の風洞１を用いた測定について説明する。
可視化を行う場合には、図３に示すように、荷重計１９を備えた支持台１５を用いて模型Ｍを風路Ｆ内に設置する。そして、図１に示した送風機７を駆動して吸込口３から空気を導く。吸込口３から導入された空気は、図示しない整流装置によって整流された後、風路Ｆ内を流れる。風路Ｆへ空気が流入する手前で、煙ノズル２８からトレーサとしての煙Ｔが供給される。煙Ｔは、図２に示すように、筋状に流される。
撮影時には、照明装置１３からシート状のレーザ光Ｌが出射され、レーザ光Ｌによる煙の散乱光がカメラＣＭによって撮影される。これにより、レーザ光Ｌが照射されている高さ位置における流れの可視化が行われる。次に、レーザ光Ｌの高さ位置を変え、同様に撮影を行う。これを繰り返すことにより、三次元の可視化が行われる。
また、可視化と同時に、荷重計１９によって静的荷重および動的荷重が計測される。
なお、荷重計１９に代えて、三分力を測定する場合には三分力測定装置を、流体力による模型Ｍの変位を計測する場合にはバネ支持台を用いても良い。
【００２３】
測定時には、風路Ｆとピット２４との圧力差を減じるように連通路２６において流れＣが生じる。これにより、風路Ｆの圧力Ｐｓ１とピット２４の圧力Ｐｓ２とが同等とされ、図５で示したような隙間Ｓを流れる流れＢが生じることがなく、測定精度に悪影響を及ぼすことはない。
このようにして、模型Ｍに関する試験を行い、模型Ｍの形状を評価する。
本発明者等は、風洞１を用いて得られた空気力係数ＣＤと、風洞１の約１０倍の寸法を有する大型風洞を用いて得られた空気力係数ＣＤとを比較し、係数偏差が０．０５の範囲内に収まっていることを確認している。
【００２４】
次に、図４を用いて、小型風洞である風洞１と、この風洞１よりも約１０倍程度の寸法を有する大型風洞とを用いた耐風安定性評価方法について説明する。
小型風洞である風洞１による試験は、小型風洞に応じた縮小模型を用いることができるので、簡便に短時間で試験を行うことができるという利点がある。したがって、対策を施した形状の縮小模型を複数用意しておき、それぞれについて試験を行い、所望の条件を満たす最終形状にまで絞り込むことが比較的簡便にできる。もちろん、対策を施す前の現状の形状を反映した縮小模型を用いた現状試験についても簡便に行うことができる。
一方、大型風洞は、小型風洞で用いた縮小模型よりも大きな大型模型を用いることができるので、高精度な試験を行うことができるという利点を有する。
【００２５】
図４（ａ）は本実施形態による耐風安定性評価方法の手順を示している。
小型風洞である風洞１を用いて現状試験および対策試験（一次耐風安定性評価）を行い、最終形状については大型風洞による試験（二次耐風安定性評価）を行うこととしている。風洞１は、上述のように連通路２６を設けることによって精度が確保されているので、現状試験および対策試験に用いることができる。
一方、従来では、図４（ｂ）に示されているように、小型風洞では精度の点で問題があったので、現状試験、対策試験および最終確認試験の全てにおいて大型風洞を用いていた。大型風洞では、精度は確保できるものの、模型の作製や試験の段取り等に多くの時間がかかるので、全体として多くの時間が費やされていた。
本実施形態では、小型風洞として風洞１を用いたので、従来に対して約８０％の時間で最終形状を決定することができる。なお、図４（ａ）では大型風洞によって現状試験も行うこととしているが、これは、小型風洞を用いた現状試験の精度を確認するために行われるものである。このように現状試験をも大型風洞で行うこととしても、従来よりも時間を短縮することができる。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
風路Ｆとピット２４とを連通する連通路２６を設けることとし、風路Ｆとピット２４との圧力差を解消することとしたので、支持壁１７と風路床２２との間の隙間Ｓを流体が流れることがなく、小型風洞であっても高精度な測定が可能となる。
大型風洞では三次元の可視化のために光を当てても、模型が大きいため影ができてしまい、光の当て方が難しいのに対して、光を当てても影が生じにくい小型の模型Ｍを用いることができる風洞１を用いることとしたので、三次元の可視化を精度良く行うことができる。
所望の精度を達成できる風洞１によって、縮小模型による耐風安定性評価を行うこととしたので、簡便に耐風安定性評価を行うことができる。そして、この結果に基づいて、大型風洞によって大型模型による二次耐風安定性評価を行うこととし、最終的な形状を決定する。このように、二次耐風安定性評価の前に縮小模型によって模型形状を概略決定できるので、比較的コスト及び時間がかかる大型風洞による試験の数を可及的に減らすことができる。これにより、全体として大幅な時間およびコストの縮小が可能となる。
【００２７】
なお、連通路２６の開口部２６ａを模型Ｍの下流に形成することとしたが、開口部２６ａの位置はこれに限定されるものではなく、隙間Ｓから離間しており、模型Ｍ周りの流れに影響を及ぼさない位置であれば良い。
また、本実施形態では、図２に示したように、シート状のレーザ光Ｌを水平方向に形成し、上方から撮影する平面撮影としたが、レーザ光を垂直方向に形成し、側方から撮影する断面撮影としても良い。
また、図４（ａ）では、大型風洞によって現状試験を行うこととしたが、これを省略し、大型風洞では最終確認試験のみを行うこととしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の風洞を示した斜視図である。
【図２】図１の測定胴の内部を示した斜視図である。
【図３】測定流路に配置された模型の周辺を示した側面図である。
【図４】耐風安定性評価方法の手順が示されており、（ａ）は本実施形態による手順、（ｂ）は従来の手順である。
【図５】従来の風洞の測定流路に配置された模型の周辺を示した側面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  風洞
５  測定胴
１５  支持台
１７  支持壁
１９  荷重計（支持部材）
２４  ピット
２６  連通路
Ｆ  風路（測定流路）
Ｍ  模型
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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