(57)【要約】【課題】本発明の課題は、フラッタが発生したら直ちにマッハ数や動圧を自動的に限界値以下に下げるフラッタ停止機能を備えた風洞システムにおいて、気流の偏流と変動を生じさせることのないフラッタ停止装置を提供することにより、供試模型が不規則励振されることを防止し、試験精度の低下が起こらないようにすることにある。【解決手段】有孔板状のフラッタ停止板を供試模型の下流側位置に配置すると共に、測定室の両壁からスライド自在の形態で設置し、開口部のないのフラッタ停止部材は、端部面が平坦な壁面部材で形成され、該フラッタ停止板が前記測定室の両壁に格納された状態では該端部面が風洞壁面に揃い凹凸を有しないように形成されている。【選択図】　　　図１
2004109067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遷音速風洞の測定部において、供試模型の下流側壁面に配置されたことを特徴とするフラッタ停止装置。
【請求項２】
抽気室を有する遷音速風洞の測定部固定壁面に配置され、フラッタ停止板は測定部内に突出できるように摺動自在に設けられ、不作動時壁内に格納された状態では開口部のないことを特徴とするフラッタ停止装置。
【請求項３】
フラッタ停止板は、先端面が固定壁面開口部と同形で平坦な壁面部材で形成され、不作動時壁内に格納された状態では該先端面が固定壁面に揃い連続平滑面を形成することを特徴とするフラッタ停止装置。
【請求項４】
フラッタ停止板は先端壁面板と後端板状体、両者間を繋ぐ上下二枚の強度部材と、該上下二枚の強度部材間に亘り両側面に取付けられた二枚の多孔板とからなり、案内竿と嵌合する前記板状体及びケーシング開口壁端部と前記強度部材との接触関係により、フラッタ停止板が測定部内に直角に突出した時、遷音速気流に対する必要な強度をもたせたことを特徴とするフラッタ停止装置。
【請求項５】
測定部の左右固定壁に設置された一対からなるフラッタ停止装置において、半裁模型、全機模型等の供試模型の種類、試験条件に対応するフラッタ停止板の適正突出量を予め求めておき、フラッタ試験に際してはいずれのフラッタ停止板をどれだけ突出させるかを適宜使い分けるフラッタ停止装置の使用方法。
【請求項６】
測定部の固定壁に取り外し可能な形態で設置すると共に、固定壁開口部を塞ぐメクラ蓋を備え、フラッタ試験を行なわないときには取り外し、後の開口部の壁面には前記メクラ蓋を取り付けることが出来ることを特徴とするフラッタ停止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機の研究・開発に用いられる風洞実験技術に関し、特にフラッタ停止装置にする。
【０００２】
【従来の技術】
遷音速領域での空力弾性試験を実行する際、風洞内に設置された風洞試験用模型が気流による微小擾乱でフラッタを生じるという現象は周知であるが、このフラッタが発生すると瞬時に模型が風洞内で飛散してしまう危険がある。そこで、遷音速領域での高速フラッタ風洞試験を安全、確実に、模型を壊さずに高精度、高効率に行うためには、上記のような模型の破壊が生じることがない、自動化したフラッタ停止装置が、風洞の付帯設備として必要となる。気流特性の良い大型風洞設備において、大型の高価な模型を用いた試験を行なう場合にはこのような破壊現象を回避することがとくに重要となる。そして、このようなフラッタ停止装置は、風洞本体の基本構造や性能を変えることなく設置できるものであることが必要であり、翼にフラッタが発生したら直ちにマッハ数や動圧を自動的に限界値以下に下げるものでなければならない。
空力弾性試験を実行する遷音速風洞の測定カートは、上下左右の４壁が多孔板からなるものであって、その多孔板の孔からは抽気がなされる構造のものが従来は一般的であった。その後、気流特性がよい測定カートとして上下が多溝壁で左右がフラットな固定壁からなり、多溝壁の溝から抽気がなされる構造のものが開発されている。抽気室を有する最近の遷音速風洞設備には、一般に風洞試験目的に応じて選択使用される数種類の風洞測定部が風洞内に用意されている。
【０００３】
遷音速領域での高速フラッタ風洞試験を安全、確実に、模型を壊さずに高精度、高効率に行うためには、自動化したフラッタ停止装置が、風洞の付帯設備として必要となる。そして、このようなフラッタ停止装置は、風洞本体の基本構造や性能を変えることなく設置されることが望ましく、翼にフラッタが発生したら直ちにマッハ数や動圧を自動的に限界値以下に下げるものでなければならない。このような事情の中で本出願人は特許第２０９９１４０号（特公平８−２３５１７号公報：特許文献１）「風洞試験における遷音速フラッタ停止装置」を先に出願提示した。このフラッタ停止装置は、図７に示すように遷音速領域のフラッタ試験のための抽気室８を有する風洞において、気流遮蔽効果を有するフラッタ停止部材２を、該停止部材２の後流が試験体３に当らない位置で、測定部１の壁面に格納し、フラッタ検出装置からのフラッタ発生信号により、上記フラッタ停止部材２を上記測定部１内に挿入するようにしたことを特徴とするもので、上記抽気室を有する遷音速風洞の測定部壁面の任意の位置に格納されたフラッタ停止部材２は、翼模型３に取り付けたセンサ５の信号により、直ちにアクチュエータ６を作動し、自動的にフラッタ停止部材２を測定部１に挿入する。測定部１に挿入されたフラッタ停止部材２の断面積と風洞の測定部断面積の比に応じて、抵抗による風洞のエネルギー損失と抽気室８に回流する抽気作用によって、マッハ数と動圧が瞬間的にフラッタ限界値以下に低下する。これによって翼のフラッタを安全確実に停止できるというものであった。
【０００４】
この抽気室を有する遷音速風洞では、測定部内の気流に対して抵抗部材を出すことにより、マッハ数や動圧を瞬時にフラッタ限界値以下に低下させて、供試模型のフラッタを安全に抑止する機能を備えているが、風洞の側壁とフラッタ停止部材との間に開口部及び多孔板を有する構造であるため、この部分から気流の出入りがあり、気流の偏流と変動を生じるものであった。この気流の偏流と変動が気流に影響を与え、供試模型に対する本来の迎角とは異なる迎角で流れて供試模型を不規則励振する。そのため、この不規則励振が試験精度の低下をもたらし問題とされた。この現象は４壁多孔板の風洞壁では多孔フラッタ停止部材ではもともと壁面からの抽気があるため大きな問題とはならないが、気流特性に重点を置いた上下多溝壁、左右固定壁の風洞壁では多孔フラッタ停止部材開口部及び壁面との間隙、先端部材の格納時の凹凸等が存在すると、本来の設計とは異なり本来平坦であるべき固定壁で偏流を生じたり抽気を生じる等のため上記問題を指摘されていた。
【０００５】
【特許文献１】
特公平８−２３５１７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、フラッタが発生したら直ちにマッハ数や動圧を自動的に限界値以下に下げるフラッタ停止機能を備えた風洞システムにおいて、気流の偏流と変動を生じさせることのないフラッタ停止装置を提供することにより、供試模型が不規則励振されることを防止し、試験精度の低下が起こらないようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
有孔板状のフラッタ停止板を供試模型の下流側位置に配置すると共に、測定室の両壁からスライド自在の形態で設置し、開口部のないのフラッタ停止部材は、端部面が平坦な壁面部材で形成され、該フラッタ停止板が前記測定室の両壁に格納された状態では該端部面が風洞壁面に揃い凹凸を有しないように形成されている。また、供試模型が半裁模型の場合には片側のフラッタ停止板が用いられ、全機模型の場合には両側のフラッタ停止板が用いられると共に、測定室の両壁からスライド突出量が個々の模型に応じて可変とされる機能を備える。
【０００８】
【発明の実施の形態】
最近の試験から、フラッタ停止部材の上流側ではマッハ数と動圧の低下量は設計通りであるが、下流側領域ではフラッタ停止部材が多孔フラッタ停止板の場合には位置に応じて低下量が回復すること、また、孔のない板の場合は逆に気流の変動とそれに伴ってフラッタ停止板の下流位置では一層低下するすることが分かってきた。以下に抽気室を有する遷音速風洞測定室内のマッハ数分布とマッハ数低下の関係を示す実験結果を図６に示す。このグラフは縦軸がマッハ数を、横軸が気流方向測定室位置を示しており、０点がフラッタ停止部材の設置位置である。マッハ０．８の気流が流れる風洞内において、●は有孔板状（開口比２０％）のフラッタ停止板を気流に対し４５°の角度で突出させたときの遷音速風洞測定室内のマッハ数分布を示し、▲は孔なし（開口比０％）のフラッタ停止板を気流に対し９０°の角度で突出させたときの遷音速風洞測定室内のマッハ数分布を示している。このグラフからフラッタ停止部材の設置位置から上流側は、有孔板状のフラッタ停止板の場合も孔なしフラッタ停止板の場合も、設計値［△Ｍ＝Ｍ２×１．１√（Ｆｐ／Ｆｗ）：ここでＦｐは停止板の有効断面積、Ｆｗは風洞の断面積である。］どおりマッハ０．８の気流がマッハ０．６２程度に低下した状態で安定しているのに対し、下流側は有孔板状のフラッタ停止板の場合はマッハ数の上昇現象が見られ、孔なしのフラッタ停止板の場合は更なる低下現象が見られる。
【０００９】
また、図４に多孔フラッタ停止板を風洞測定室内に配置したときのマッハ数低下量△Ｍ分布を、図５に孔なしフラッタ停止板を風洞測定室内に配置したときのマッハ数低下量△Ｍ分布を示す。図４はその下段に示したようなペンシル形状のＨ−ＩＩロケットフェアリング模型を配置し、その上流側にホームベース形状をした五角形の多孔フラッタ停止板（開口比２０％）を風洞測定室の横壁から気流に対して４５°の角度で突出させたときのマッハ数低下量△Ｍを上段のグラフに示している。図中下段の３つの丸は風洞側壁に設けられた観察用のシュリーレン窓である。このグラフは縦軸にマッハ数低下量△Ｍをとり、横軸は気流方向の測定室の位置情報を示し、下段のフラッタ停止板と模型との位置関係が対応されている。圧力センサを風洞測定室の下壁に多数アレー状に配置し、該センサによって検出した圧力値からマッハ数に換算しマッハ数低下量△Ｍを算出して上段グラフにプロットした。フラッタ停止板を退避させた状態での気流がマッハ０．６，０．７，０．８，０．９の４状態におけるデータを示した。このグラフから分かるように多孔フラッタ停止板の場合には、下流側において徐々にマッハ数低下量△Ｍが減少し、マッハ数が回復している。
【００１０】
これに対し、図５はその下段に示したような円錐模型を配置し、その上流側にホームベース形状をした五角形の孔なしフラッタ停止板（開口比０％）を風洞測定室の横壁から気流に対して９０°の角度で突出させたときのマッハ数低下量△Ｍを上段のグラフに示している。図中下段の３つの丸は風洞側壁に設けられた観察用のシュリーレン窓であり、グラフの縦軸がマッハ数低下量△Ｍ、横軸が気流方向の測定室の位置情報を示し、下段のフラッタ停止板と模型との位置関係が対応されており、圧力センサを風洞測定室の下壁に多数アレー状に配置し、該センサによって検出した圧力値からマッハ数に換算しマッハ数低下量△Ｍを算出して上段グラフにプロットした点は図４と同様である。フラッタ停止板を退避させた状態での気流がマッハ０．６，０．７，０．８，０．９の４状態におけるデータを示した。このグラフから分かるように孔なしフラッタ停止板の場合には、下流側においてマッハ数低下量△Ｍが増加し、その後大きな変化はない。
このような現象に鑑み、フラッタ停止部材の下流側に供試模型を配置するのは、安全と効率上好ましくないという知見を得て、本発明ではフラッタ停止部材の上流側に供試模型を配置することに想到した。
【００１１】
上下多溝壁と左右固定壁とで形成された気流特性に優れた全機模型用測定部では、抽気作用は上下多溝壁でのみ行い、固定壁は平面を保ち、風洞本来の気流特性を維持するためには、フラッタ停止部材の収納時には開口部がなく、測定部壁面に凹凸のできないフラッタ停止装置であることが望ましい。また、全機模型のフラッタ試験に有効な方式でもなければならない。そこで、本発明は抽気室を有する遷音速風洞の気流特性の良い上下多溝壁・左右固定壁用の全機模型用測定部に、開口部や壁面に凹凸を有しないフラッタ停止装置を全機模型用に開発したものである。図１に本発明を適用する風洞測定部の概要を示す。全機模型１１が模型支持手段１２に取付けられ、上下多溝壁１’、左右の固定壁１に囲まれた測定部内に設置されている。フラッタ停止装置は不作動時には停止板が壁内に格納され、作動時には測定部内に突出するスライド方式を採り、多孔フラッタ停止板の断面を小さくして、該停止板と壁との間隙を最小にし、先端面は格納状態では壁面となる部材で構成する。この構造は不作動時には停止板が壁内に格納され開口部が無いため固定壁１での抽気作用は全くない。従って、抽気作用は本来の設計通り上下多溝壁でのみ行われる。また、フラッタ停止板を格納した状態では先端の壁面部材が壁面と連続面になるため凹凸がなく、その部分での気流の変動を生じないため、設計通りの気流特性の良い状態を保つことができる。フラッタ停止装置の設置位置は模型１１の下流側としている。
【００１２】
フラッタを検出した時はアクチュエータ８を作動させてフラッタ停止板を測定部内に突出させるが、その変位量は供試模型の種類・形状をはじめとする試験条件に応じて設定することが好ましく、事前に適正値を求めておきアクチュエータ８の駆動を調整する。また、フラッタ停止装置は風洞設備においてかなりの場所を占拠するため、使用しない実験においては全体を風洞設備から着脱できる構成を採用すると好適である。その場合にはフラッタ停止装置を撤去した後の開口部に固定壁１と同質のメクラ蓋を取り付けるようにし、固定壁の連続平滑性を確保する。このフラッタ停止装置は左右固定壁に左右一対とし、半裁模型の場合には一方のみを使用し、全機模型の場合には左右一対のフラッタ停止装置を用いるなど試験に応じて適宜使い分ける。全機模型のフラッタ試験にはフラッタ停止部材を両翼に対して両方向から測定部内に挿入し、気流遮蔽効果によって翼のフラッタを安全に抑止する。半裁模型のフラッタ試験では左右どちらか一方のフラッタ停止装置を使用しても良い。また、両方のフラッタ停止装置を使用する場合はフラッタ停止部材の測定部内に出す量を相互に半分の量にすることが出来る。この場合はフラッタ停止部材の作動時間が逆比例して短くなるため安全性が増す。
フラッタ停止装置が不作動状態では本来の固定壁と同様で気流への影響を及ぼすことがないようにした上記構成は、それ自体で試験部内の気流安定効果をもつものであるが、模型の下流側に設置したことと重なって相乗的効果を奏する。
【００１３】
【実施例１】
図２にフラッタ停止装置の実施例を示す。イはフラッタ停止装置の側断面図であり、ロは平断面図、ハは図イのＡ−Ａ部断面図であり、ニは図イのＢ−Ｂ断面図である。イ、ロは停止板が測定部に突出した作動時の形態を示している。１は測定部の固定壁であり、ケーシング１０に収納されたフラッタ停止装置は、固定部材７によって風洞測定部固定壁１の開口部外側に取付けられ、不作動時には停止板は固定壁１に格納された形態を採る。作動時に測定室内に突出するフラッタ停止板は、格納時には固定壁１と連続性を保つための壁面部材３からなる先端面と、剛性の板状体６からなる後端面と、該壁面部材３と該板状体６間を繋ぐ上下二枚の強度部材４と、該上下二枚の強度部材４間に亘り両側面に取付けられた二枚の多孔板２とからなり、遷音速気流に対する必要な強度をもたせるため堅固な構成とされている。このフラッタ停止板は不作動時にはケーシング１０内に収納された形態を取り、フラッタが検出された時にはアクチュエータ８が稼動し、前記板状体６に固定されたスライドロッド９を介して図に示す突出形態をとる。このスライド機構はハに示すＡ−Ａ断面図から分かるように、ケーシング１０の内部上下の位置に二本づつ摺動方向に張渡された四本の案内竿５と該案内竿５と嵌合すべく板状体６に設けられた四つの貫通孔の接触、及びニに示すＢ−Ｂ断面図から分かるようにケーシング１０の上下開口壁１０ａ　の端部と前記強度部材４との接触によって、摺動自在であると共に堅固で安定した機構を構成している。不作動時は壁面部材３の裏面とケーシング１０の上下開口壁１０ａ　とが当接し、該壁面部材３が固定壁１の開口部に隙間なく嵌合され、固定壁１と連続した平滑面を形成する。アクチュエータ８によって停止板をスライドさせる変位量は調節可能で、模型の種類や実験条件等に応じ事前に取得した量に設定される。模型に設置されたフラッタ検出センサーからの出力信号をコントローラで受信すると、該コントローラから作動信号をアクチュエータ８に出力する。また図に示したポテンショメータはフラッタ停止板の出し入れ量を表示する。
本実施例のフラッタ停止装置は図３に示すよう風洞内に上下多溝壁左右固定壁からなる測定部に、例えば前記模型の下流側左右の固定壁に設置する形態で配備され遷音速領域のフラッタ試験に供される。
【００１４】
【発明の効果】
遷音速風洞の測定部において供試模型の下流側壁面に配置するようにした本発明のフラッタ停止装置は、模型を上流側の安定したマッハ数低下領域に置くこととなり、安定確実にフラッタを停止させることができる。
また抽気室を有する遷音速風洞の測定部固定壁面に配置され、フラッタ停止板は測定部内に突出できるように摺動自在に設けられ、不作動時壁内に格納された状態では開口部のない形態を採った本発明のフラッタ停止装置は、開口部からの抽気が防げるので本来の試験部と同様の気流特性を確保できる。更にフラッタ停止板の先端面が固定壁面開口部と同形で平坦な壁面部材で形成され、不作動時壁内に格納された状態では該先端面が固定壁面に揃う構成を採った本発明のフラッタ停止装置は、固定壁と連続した平滑面を形成するので、尚一層本来の試験部と同様の気流特性を確保できる。
【００１５】
先端壁面板と後端板状体、両者間を繋ぐ上下二枚の強度部材と、該上下二枚の強度部材間に亘り両側面に取付けられた二枚の多孔板とからなるフラッタ停止板であって、案内竿と嵌合する前記板状体及びケーシング開口壁端部と前記強度部材との接触関係をもつようにした本発明のフラッタ停止装置は、フラッタ停止板が測定部内に直角に突出した時、上記構成により遷音速気流に対する必要な強度をもたせられる。
また、測定部の左右固定壁に設置された一対からなる本発明のフラッタ停止装置において、半裁模型、全機模型等の供試模型の種類、試験条件に対応するフラッタ停止板の適正突出量を予め求めておけば、フラッタ試験に際してはいずれのフラッタ停止板をどれだけ突出させるかを適宜使い分けて適正なフラッタ停止動作を実行することができる。
本発明のフラッタ停止装置を測定部の固定壁に取り外し可能な形態で設置すると共に、固定壁開口部を塞ぐメクラ蓋を備えておけば、フラッタ試験を行なわないときには場所を取ってしまうフラッタ停止装置を取り外し、後の開口部の壁面には前記メクラ蓋を取り付けることで、実験に必要なスペースを十分にとることができるだけでなく、本来の測定部の気流特性を損なうことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する風洞測定部の概要を示す図である。
【図２】本発明のフラッタ停止装置の１実施例を示す図である。
【図３】本実施例のフラッタ停止装置が上下多溝壁・左右固定壁からなる測定部に設置された形態を示す図である。
【図４】多孔フラッタ停止板を風洞測定室内に配置したときのマッハ数低下量△Ｍ分布を示す図である。
【図５】孔なしフラッタ停止板を風洞測定室内に配置したときのマッハ数低下量△Ｍ分布を示す図である。
【図６】抽気室を有する遷音速風洞測定室内のマッハ数分布とマッハ数低下の関係を示す図である。
【図７】従来の遷音速フラッタ停止装置を説明する図である。
【符号の説明】
１　測定部固定壁　　　　　　　　　８　アクチュエータ
２　多孔板　　　　　　　　　　　　９　スライドロッド
３　壁面部材　　　　　　　　　　　１０　ケーシング
４　強度部材　　　　　　　　　　　１０ａ　開口壁
５　案内竿　　　　　　　　　　　　１１　模型
６　板状体　　　　　　　　　　　　１２　模型支持手段
７　固定部材
【図１】
2004109067.tif 000003
【図２】
2004109067.tif 000004
【図３】
2004109067.tif 000005
【図４】
2004109067.tif 000006
【図５】
2004109067.tif 000007
【図６】
2004109067.tif 000008
【図７】
2004109067.tif 000009