(57)【要約】【課題】感圧塗料による光学計測に適した光学計測用の窓を備えている風洞試験装置を提供すること。【解決手段】多溝壁２２により形成した風路２１を備えている風洞試験装置は、遷音速測定カート２０の風路２１が多溝壁２２の溝間に分割して設けた複数の光学計測用の光学窓３２を備えている。【選択図】図１
2006053029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多溝壁により形成した風路を備えている風洞試験装置において、
前記風路が前記多溝壁の溝間に分割して設けた複数の光学計測用の窓を備えていることを特徴とする風洞試験装置。
【請求項２】
前記光学計測用の窓は、少なくとも光源用と光学測定手段用とに分割されていることを特徴とする請求項１に記載の風洞試験装置。
【請求項３】
前記風路がシュリーレン窓を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の風洞試験装置。
【請求項４】
前記多溝壁は、窓ブロックとスロットブロックとを交換可能な開口部を有していることを特徴とする請求項１に記載の風洞試験装置。
【請求項５】
風洞試験により被測定物体の表面圧力分布を求める風洞試験装置を用いた光学計測方法であって、
請求項１から４のいずれかに記載の風洞試験装置を用い、表面に感圧塗料を塗布した被測定物体を風路内の所定位置に固定設置して風洞実験を行うとともに、前記光学計測用の窓から撮像して得られた画像の計測により前記表面圧力分布を求めることを特徴とする風洞試験装置を用いた光学計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば風洞模型（被測定物体）を用いて遷音速風洞試験を行うための風洞試験装置に係り、特に、感圧塗料を用いて表面圧力分布を求める光学計測に適した風洞試験装置及びこの風洞試験装置を用いた光学計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、たとえば航空機の風洞模型（被測定物体）等を用いた空力特性のシミュレーションを行うため、風洞試験が行われている。この風洞試験に使用する風洞試験装置は、
（１）空気の流れの現象
（２）気流が流れの中に置かれた物体に及ぼす力
などを調べるために、人工的に空気の流れを作る装置のことであり、主に送風機を運転して連続的な気流を得る回流式と、貯気槽に貯めた高圧空気を短時間で一気に吹き出す吹き出し式とがある。
【０００３】
また、遷音速試験を行う風洞試験装置においては、風洞壁の気流への影響を小さくするため、多溝壁や多孔壁の風路を採用することは公知である。すなわち、風洞壁が溝や孔のない固定壁であれば、風洞模型の周りをまわりこんできた流線が固定壁に当たることにより、自由流（実際に航空機が飛行している状態の気流）とは異なる流線をもつことになるが、風洞模型により曲げられた流線を溝や孔から外部へ流出させることにより、自由流に近い流線を得ることができるとされる。（たとえば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開平６−３４４８４号公報（段落〔０００５〕〜〔０００６〕参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した多溝壁の風路を備えた風洞試験装置においては、感圧塗料が開発されたことにより、航空機等の風洞模型を固定設置して遷音速領域の光学計測が行われている。この光学計測は、風洞模型の表面に感圧塗料を塗布し、風路外に設置したＣＣＤカメラ等により撮像した風洞模型の画像計測から表面圧力分布を求めるものである。
【０００５】
しかしながら、従来の風洞試験装置には光学計測専用の観察窓がなく、従って、上述した光学計測は、風路の側壁に設けられている空気密度計測用のシュリーレン窓に光源及びカメラを設置して撮像するのが一般的である。
このようなシュリーレン窓を用いた従来の光学計測には、下記の問題点があった。
（１）固定設置されたシュリーレン窓の大きさにより光源の照射範囲が限定されるので、光学計測可能な風洞模型の面は制約を受ける。
（２）風洞側壁のシュリーレン窓に光源とカメラを設置する専用治具がないため、セットが困難である。
（３）シュリーレン窓しかなかったため、空気密度計測と光学計測を同時に行うことができなかった。
【０００６】
このように、従来の風洞試験装置には光学計測に最適な専用の観察窓がないため、光学計測に最適な観察窓（光学計測用窓）を備えた風洞試験装置の開発が望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、感圧塗料による光学計測に適した光学計測用窓を備えている風洞試験装置、及びこの風洞試験装置を用いた光学計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る風洞試験装置は、多溝壁により形成した風路を備えている風洞試験装置において、前記風路が前記多溝壁の溝間に分割して設けた複数の光学計測用の窓を備えていることを特徴とするものである。
【０００８】
このような風洞試験装置によれば、風路が多溝壁の溝間に分割して設けた複数の光学計測用の窓を備えているので、多溝壁の溝をそのまま残して光学計測用の窓を設置し、複数の光学観測用の窓の中から最適な観察位置を選択して光学計測を行うことができる。この場合、光学計測用に必要な専用治具は、空気密度計測装置とは独立しているため自由な位置に設置することができる。  また、多溝壁をそのまま残して光学計測用の窓を設置していることにより、多溝壁の機能を損なうことがなく、壁が計測結果に与える影響を最小限に留めることができる。
なお、上述した光学計測用の窓は、観察可能範囲を広げるため、溝間に着脱可能な構成とし、最適位置を選択して適宜移動可能であることが好ましい。
【０００９】
また、上記の風洞試験装置においては、前記光学計測用の窓は、少なくとも光源用と光学測定手段用とに分割されていることが好ましく、これにより、一つの観察窓を小さくすることができる。
また、上記の風洞試験装置においては、前記風路がシュリーレン窓を備えていることが好ましく、これにより、光学計測と空気密度計測とを同時に実施することができる。
【００１０】
また、前記多溝壁は、窓ブロックとスロットブロックとを交換可能な開口部を有していることを特徴としており、これにより、光学計測のみを行う場合は、窓ブロックの代わりにスロットブロックを使用して計測を行うことができる。スロットブロックを使用することにより、壁が計測結果に与える影響を最小限に留めることができ、窓ブロックを使用して光学計測を行う場合よりも正確な光学計測が可能となる。
【００１１】
本発明に係る風洞試験装置を用いた光学計測方法は、風洞試験により被測定物体の表面圧力分布を求める風洞試験装置を用いた光学計測方法であって、請求項１から４のいずれかに記載の風洞試験装置を用い、表面に感圧塗料を塗布した被測定物体を風路内の所定位置に固定設置して風洞実験を行うとともに、前記光学計測用の窓から撮像して得られた画像の計測により前記表面圧力分布を求めることを特徴とするものである。
【００１２】
このような風洞試験装置を用いた光学計測方法によれば、請求項１から４のいずれかに記載の風洞試験装置を用い、表面に感圧塗料を塗布した被測定物体を風路内の所定位置に固定設置して風洞実験を行うとともに、前記光学計測用の窓から撮像して得られた画像の計測により前記表面圧力分布を求めるので、多溝壁の溝をそのまま残して複数設置された光学計測用の窓の中から最適な観察位置を選択し、風洞模型の広範囲にわたる光学計測を容易に実施することができる。
なお、上述した光学計測用の窓は、観察可能範囲を広げるため、溝間に着脱可能な構成とし、最適位置を選択して適宜移動可能であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
上述した本発明によれば、光学計測専用の観察窓として溝間に設けた複数の光学計測用の窓を備え、複数の光学計測用の窓の中から最適な観察位置を選択して光学計測を行うことができるので、風洞模型の広範囲にわたる光学計測を容易に実施することができる。
また、光学計測用の窓とともにシュリーレン窓を設けておけば、光学計測と空気密度計測とを同時に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る風洞試験装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図２は、風洞試験装置で遷音速領域の測定を行う場合について、測定位置近傍の概略構成を示す図である。
風洞試験装置１０は、矩形断面とした風路１１の上流側（紙面の左側）に設けられた図示省略の気流発生源を備えており、風路１１内の気流は、図中に矢印１２で示す方向へ流線ｆのように流れる。なお、この場合の風洞試験装置１０は、送風機を運転することにより連続的な気流を得る「回流式」、貯気槽に貯めた高圧空気を短時間で一気に吹き出す「吹き出し式」のいずれであってもよく、特に限定されるものではない。
【００１５】
上述した風洞試験装置１０は、遷音速領域で風洞試験を行う場合、風路１１の所定位置に、たとえば図１に実線で示すような可動式の遷音速測定用カート２０が組み込まれる。この遷音速測定用カート２０は、風洞壁の気流への影響を小さくするため、風路１１の途中に組み込まれて測定領域となる風路２１の壁面に多溝壁２２を採用した構成とされる。この多溝壁２２は、風路２１を形成する壁面の全周にわたって、図１ないし図４に示すように、矢印１２で示す気流方向に延在する溝２３を周方向に等ピッチに配設したものである。
また、多溝壁２２の外側にはプレナム室２４が設けられており、風路２１とプレナム室２４との間は溝２３を介して連通状態とされる。
【００１６】
上述した多溝壁２２のうち、対向する一対の面には、それぞれ光学計測用窓部３０が設けられている。図示の構成例では、対向する上下の多溝壁２２Ａ，２２Ｂにそれぞれ光学計測用窓部３０が設けられ、かつ、対向する左右の多溝壁２２Ｃ，２２Ｄにそれぞれシュリーレン窓４０が設けられている。
光学計測用窓部３０は、図３に示すように、多溝壁２２を形成する溝間（隣接する溝２３の間）の板状壁面部材２５に開口部２６を形成し、この開口部２６に対し光学窓フレーム３１を着脱自在に取り付けて塞ぐ構成とされる。図示の構成例では、隣接する３列の溝間にそれぞれ一つの開口部２６を穿設し、各開口部２６に光学窓フレーム３１を取り付けて塞ぐようになっている。しかし、開口部２６の配置や数については、図示の構成例に限定されることはなく、たとえば隣接する２列の溝間にそれぞれ二つの開口部２６を穿設するなど、観察条件等に応じて適宜変更可能である。
なお、光学窓フレーム３１を着脱自在に取り付ける手段については、板状部材を開口部に着脱自在に取り付ける公知の手段を適宜採用することができ、従って、ここでは図示が省略されている。
【００１７】
光学窓フレーム３１は、図３（ｂ）に示すように、それぞれが溝２３の延在方向（気流方向）に３分割した光学窓３２を備えている。各光学窓３２には、たとえば石英ガラス等の可視窓部材３３またはダミー部材３４のいずれか一方が取り付けられている。図示の構成例では、中央に配置された光学窓フレーム３１の全ての光学窓３２に可視部材３３が取り付けられ、両端に配置された光学窓フレーム３１については、中央のみに可視部材３３が取り付けられ、両端部にはダミー部材３４が取り付けられている。このような光学フレーム窓３１の構成は、光学窓３２の配置や数等が図示の構成例に限定されることはなく、たとえば開口部２６の幅によっては溝２３の延在方向に複数列の光学窓３２を配置するなど、諸条件に応じて適宜変更可能である。
なお、この実施形態では、可視部材３３及びダミー部材３４はいずれも光学窓フレーム３２に固定されているが、これに限定されるものではない。
【００１８】
シュリーレン窓４０は、図４に示すように、窓ブロック４１の開口部４１ａに円形の窓部４２を固定した構成とされる。この窓ブロック４１は、左右の多溝壁２２Ｃ，２２Ｄに設けた開口部２７に対して着脱自在とされ、必要に応じて図４（ｂ）に示すようなスロットブロック４３と交換可能になっている。なお、窓ブロック４１を着脱自在に取り付ける手段については、公知の手段を適宜採用することができ、従って、ここでは図示が省略されている。
また、開口部２７を塞ぐスロットブロック４３には、取り付け状態（図４の多溝壁２２Ｃ側を参照）で多溝壁２３Ｃ，２３Ｄの溝２３と連続して一体化するように溝４３ａが形成されている。
なお、上述したシュリーレン窓４０については、遷音速測定用カート２０が光学計測専用の場合は不要であり、たとえば空気密度計測用のカートと兼用する場合など必要に応じて設ければよい。また、不要の場合は、溝２３をダミー部材３４で塞ぐことができる。
【００１９】
以下、上述した風洞試験装置１０の作用について、これを用いた光学計測方法とともに説明する。
さて、風洞試験装置１０は、一般的に回流式の場合は低速風洞試験及び遷音速風洞試験に対応でき、吹き出し式の場合は遷音速風洞試験及び超音速風洞試験に対応できる。そこで、遷音速風洞試験に対応する場合には、いずれの方式においても、風洞壁の気流への影響をなくすため、風路１１の所定位置に遷音速測定用カート２０を連結して風洞試験を実施する。
【００２０】
遷音速測定用カート２０の所定位置には、図１に示すように、適当な治具１８を介して光学測定手段のＣＣＤカメラ１３及び照明用の光源１４が取り付けられる。ＣＣＤカメラ１３及び光源１４は、プレナム室２４の外壁２４ａに設けた開口部１５を通って先端部がプレナム室内に位置し、光学窓フレーム３１の光学窓３２に取り付けられた可視部材３３を通して風路内部の撮像及び照明を行うようになっている。なお、光学測定用の光源１４としては、キセノンランプ等が好適である。
ここで、光学測定について簡単に説明する。この光学測定は、風洞試験を行う風洞模型（被測定物体）１６に感圧塗料を塗布し、同塗料内に含まれる特殊な有機化合物の発するルミネンス（蛍光及び燐光）が酸素濃度によって変化する現象を利用して物体表面に作用する圧力を求めるものである。空気の酸素濃度と圧力とは比例関係にあるので、感圧塗料を塗布した風洞模型１６をＣＣＤカメラ１３で画像計測すれば表面圧力を求めることができる。なお、図１における符号１７は、風洞模型１６を支持する模型支持部材である。
【００２１】
上述した光学測定を行う場合、その観察可能領域を調整するため、可視部材３３の配置が異なる光学窓フレーム３１を開口部２６に着脱交換し、風路２１における可視部材３３を備えた光学窓３２の設置位置を調整する。この位置調整は、風洞模型１６の形状や観察位置など観察対象に応じて異なる最適な観察可能領域を適宜選択設定するものである。すなわち、撮像及び照明が可能となる可視部材３３を備えた光学窓３２の設置位置は、光学窓フレーム３１の移動交換による調整が可能である。
また、上述した光学測定では、ＣＣＤカメラ１３による撮像用として、及び光源１４による照明用として使用する可視部材３３を備えた光学窓３２が、互いに隣接して異なるものとなる。このため、それぞれの光学窓３２に取り付ける可視部材３３は、一枚の可視部材３３を小型化して面積の小さなものとすることができる。特に、光学計測に好適な石英ガラスは高価であるから、可視部材３３の面積を小さくする光学窓３２の小型化はコスト面で極めて有利になる。
【００２２】
また、上述した光学計測は、可視部材３３の取付位置が変更可能な光学計測専用の光学窓３２を複数備えた構成の風洞試験装置１０で行うものあるから、シュリーレン窓４０を利用して光学計測を実施する従来技術のように制約を受けることはなく、従って、光学窓周辺の最適位置にＣＣＤカメラ１３や光源１４を固定する専用の治具１８を予め設けておくことができる。
【００２３】
以上説明したように、本発明の風洞試験装置１０によれば、風路１１が多溝壁２２の溝２３間に分割して設けた複数の光学窓３２を備えているので、多溝壁２２の溝２３をそのまま残して光学窓３２を設置し、複数の光学窓３２の中から最適な観察位置を選択して光学計測を行うことができる。特に、上述した光学窓３２は、たとえば光学フレーム３１を用いて溝２３の間に着脱可能な構成とし、最適位置を選択して適宜移動可能であるから、光学計測の観察可能範囲を広げることが可能になる。
そして、上述した光学窓３２は、少なくとも光源用と測定用とに分割されているので、一つの観察窓を小さくしてコストの低減を図ることができる。この場合、多溝壁２２の風路２１にシュリーレン窓４０を設けておくことにより、光学計測と空気密度計測とを同時に実施することができる。また、光学計測のみを行う場合は、窓ブロック４１の代わりにスロットブロック４３を使用して行うことができる。スロットブロック４３を使用することにより、壁が計測結果に与える影響を最小限に留めることができ、窓ブロック４１を使用して光学計測を行う場合よりも正確な光学計測が可能となる。
【００２４】
また、本発明の風洞実験装置１０を用い、表面に感圧塗料を塗布した風洞模型（被測定物体）１６を風路１１，２１内の所定位置に固定設置して風洞実験を行うとともに、光学窓３２から撮像して得られた画像の計測により風洞模型１６の表面圧力分布を求める方法により光学計測を行うので、多溝壁２２の溝２３をそのまま残して複数設置された光学窓３２の中から最適な観察位置を選択し、風洞模型１６の広範囲にわたる光学計測を容易に、かつ正確に実施することができる。
すなわち、上述した風洞試験装置１０及びこれを用いた光学計測方法によれば、光学計測専用の観察窓として溝２３の間に設けた複数の光学窓３２を備え、複数の光学窓３２の中から最適な観察位置を選択して光学計測を行うことができるので、風洞模型１６の広範囲にわたる光学計測を容易に、かつ正確に実施することができる。
【００２５】
ところで、上述した実施形態では、遷音速試験時に可動式の遷音速測定用カート２０を連結しているが、たとえば遷音速領域専用の風洞試験装置の場合など、風路１１にカート部分の構成を予め組み込んで固定式としてもよい。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、たとえば光学窓を左右の多溝壁に配設するなど、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る風洞試験装置の一実施形態を示す図で、（ａ）は光学計測に使用される遷音速測定用カートの概要を示す斜視図、（ｂ）は光学計測時の状態を示す要部断面図である。
【図２】本発明に係る風洞試験装置の測定位置近傍を示す概略構成図である。
【図３】多溝壁に光学窓を取り付けた状態を示す図で、（ａ）は風路の上下壁面を形成する多溝壁の斜視図、（ｂ）は複数の光学窓を備えた光学フレームの構成例を示す斜視図である。
【図４】多溝壁にシュリーレン窓を取り付けた状態を示す図で、（ａ）は風路の左右壁面を形成する多溝壁の斜視図、（ｂ）はシュリーレン窓に代えて取り付けられるスロットブロックの構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０    風洞試験装置
１１，２１    風路
１３    ＣＣＤカメラ（光学測定手段）
１４    光源
１６    風洞模型（被測定物体）
２０    遷音速測定用カート
２２    多溝壁
２３，４３ａ    溝
２６，２７，４１ａ    開口部
３０    光学計測用窓部
３１    光学フレーム
３２    光学窓
３３    可視部材
３４    ダミー部材
４０    シュリーレン窓
４３    スロットブロック
【図１】
2006053029.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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