(57)【要約】【課題】試験対象物に作用する荷重を高精度に検出することができる風洞試験装置を提供する。【解決手段】試験対象物１は、鉄道車両の模型などである。風洞試験装置２は、試験対象物１に気体を流しこの気体の流れによってこの試験対象物１が受ける影響を試験し、移動地面板４は気体の速度に応じて地面を移動させる。支持部５は、試験対象物１と移動地面板４との間でこの試験対象物１を支持する部材であり、車両模型の車輪１ｂを支持する一対のレールである。固定部材６，７は、移動地面板４上に支持部５を固定し、固定用治具８は試験対象物１を支持部５に固定する。荷重検出部９は、気体の流れによって試験対象物１に作用する荷重を検出する。荷重検出部９は、試験対象物１と支持部５との間に設置されており、試験対象物１が受ける空気抵抗のみを検出することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風洞内の試験対象物に気体を流し、この気体の流れによってこの試験対象物が受ける影響を試験する風洞試験装置であって、
前記気体の速度に応じて地面を移動させる移動地面と、
前記試験対象物と前記移動地面との間でこの試験対象物を支持する支持部と、
前記試験対象物と前記支持部との間に設置され、前記気体の流れによってこの試験対象物に作用する荷重を検出する荷重検出部と、
を備える風洞試験装置。
【請求項２】
請求項１に記載の風洞試験装置において、
前記支持部は、前記試験対象物が鉄道車両の模型又は実車であるときに、この鉄道車両の模型又は実車の車輪を支持するレールであり、
前記荷重検出部は、前記車輪と前記レールとの間に設置されていること、
を特徴とする風洞試験装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の風洞試験装置において、
前記移動地面上に間隔をあけて前記支持部を固定する固定部材を備えること、
を特徴とする風洞試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、風洞内の試験対象物に気体を流し、この気体の流れによってこの試験対象物が受ける影響を試験する風洞試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の風洞試験装置の側面図である。図８は、従来の風洞試験装置の試験対象物の固定方法を示す断面図である。
従来の風洞試験装置１０２は、図７及び図８に示すように、空気の速度に応じて地面を移動させる移動地面板１０４と、この移動地面板１０４上に車両模型１０１ａ〜１０１ｄを固定するワイヤ１０６，１０７と、車両模型１０１ａ〜１０１ｄに作用する荷重を検出するロードセル１０９などを備えている（例えば、非特許文献１）。風洞測定部１０３ｄは、天井１０３ｂと、固定地面１０３ｃと、ベルト１０４ａなどから構成されている。車両模型（先頭車両）１０１ａは、ワイヤ１０６，１０７によって固定されており、車両模型（中間車両）１０１ｃは車両模型（後尾車両）１０１ｄを貫通するワイヤ１０７を介してデッドウェイト１０８に連結されている。このような従来の風洞試験装置１０２では、風洞測定部１０３ｄ内の車両模型１０１ａ〜１０１ｄに図中矢印方向に空気を流すとともに、図示しない駆動装置によって移動地面板１０４がベルト１０４ａをこの空気の速度と同一の速度で移動させて、車両模型（中間車両）１０１ｂ，１０１ｃが受ける空気抵抗などをロードセル１０９によって検出している。
【０００３】
【非特許文献１】
井門敦志  他、「車両の空気抵抗低減のための風洞試験」、鉄道総研報告、財団法人研友社、1999年12月16日発行、第13巻、第12号、第43頁〜第46頁
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の風洞試験装置１０２では、図８に示すように、垂直方向に張られたワイヤ１０６と水平方向に張られたワイヤ１０７とによって車両模型１０１ａ〜１０１ｄを吊り、この車両模型１０１ａ〜１０１ｄを移動地面板１０４上で支持し固定している。このような従来の風洞試験装置１０２では、ワイヤ１０６，１０７が空気の流れを遮るためこのワイヤ１０６，１０７が空気抵抗を受けてしまう。このため、従来の風洞試験装置１０２では、ロードセル１０９が検出した荷重値からワイヤ１０６，１０７が受けた空気抵抗値を補正する必要があり補正による誤差が生ずるおそれがあった。
【０００５】
この発明の課題は、試験対象物に作用する荷重を高精度に検出することができる風洞試験装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、風洞（３）内の試験対象物（１）に気体を流し、この気体の流れによってこの試験対象物が受ける影響を試験する風洞試験装置であって、前記気体の速度に応じて地面を移動させる移動地面（４）と、前記試験対象物と前記移動地面との間でこの試験対象物を支持する支持部（５）と、前記試験対象物と前記支持部との間に設置され、前記気体の流れによってこの試験対象物に作用する荷重を検出する荷重検出部（９）とを備える風洞試験装置（２）である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の風洞試験装置において、前記支持部は、前記試験対象物が鉄道車両の模型又は実車であるときに、この鉄道車両の模型又は実車の車輪を支持するレールであり、前記荷重検出部は、前記車輪と前記レールとの間に設置されていることを特徴とする風洞試験装置である。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の風洞試験装置において、前記移動地面上に間隔をあけて前記支持部を固定する固定部材（６，７）を備えることを特徴とする風洞試験装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の実施形態に係る風洞試験装置の側面図である。図２は、この発明の実施形態に係る風洞試験装置の試験対象物の支持方法を示す側面図である。図３は、この発明の実施形態に係る風洞試験装置の支持部の固定方法を示す平面図である。図４は、この発明の実施形態に係る風洞試験装置の支持部の固定方法を示す正面図である。
試験対象物１は、模型又は実物の試験体（供試体）である。試験対象物１は、例えば、図１及び図２に示すような実際の鉄道車両を模擬（縮小）した車両模型（模擬車両）であり、車体１ａとこの車体１ａを支持する車輪１ｂとを備えている。
【００１０】
風洞試験装置２は、風洞測定部３ｄ内の試験対象物１に気体を流し、この気体の流れによってこの試験対象物１が受ける影響を試験する装置である。風洞試験装置２は、例えば、試験対象物１が受ける空気力（抗力、揚力、横力、モーメント）、圧力、試験対象物１の周辺の気流性状に及ぼす影響を測定する。風洞試験装置２は、図１〜図４に示すように風洞測定部３ｄと、移動地面板４と、支持部５と、固定部材６，７と、固定用治具８と、荷重検出部９などから構成されている。
【００１１】
風洞３は、空気力学的な諸問題を実験的に調査するために人工的な空気の流れを作る装置である。風洞３は、一定の性状の風を人工的に送風する図示しない送風機、ダクト、整流装置及びノズルなどを備えており、ノズル３ａから気体を噴出して測定部に一様な流れを作る。風洞測定部３ｄは、天井３ｂと、固定地面（床面）３ｃと、この固定地面３ｃと同一レベルのベルト４ａなどから構成されており、この風洞測定部３ｄ内には試験対象物１が設置されている。
【００１２】
移動地面板４は、気体の速度に応じて地面を移動させることにより、風洞試験時に地面を模擬する装置である。地上面を速度Ｖで走行する車両のまわりの流れを風洞測定部３ｄ内に実現するためには、風速Ｖの風とともに地面を速度Ｖで後方に移動させる必要がある。移動地面板４は、ベルト４ａを気体の速度と同じ速度で移動させてベルト４ａの表面と気体の流れとの間の相対速度をなくす。移動地面板４は、図１に示すように、地面を模擬したベルト４ａと、このベルト４ａを巻き掛けて図示しない駆動装置によって駆動されるプーリ４ｂ〜４ｄなどを備えている。
【００１３】
支持部５は、試験対象物１と移動地面板４との間でこの試験対象物１を支持する部材である。支持部５は、図２に示すように、試験対象物１が鉄道車両の模型であるときにこの鉄道車両の模型の車輪１ｂを支持する一対のレールである。この一対のレールは、実際の鉄道用レールを模擬した模擬レールである。支持部５は、図４に示すように断面が四角形状に形成されており、図３に示すように一対の支持部５が平行に配置されている。支持部５の内側側面には、ピアノ線５ａが固定されており一対の支持部５が所定の間隔をあけてこのピアノ線５ａによって互いに連結されている。支持部５の外側側面には、図３及び図４に示すように、図示しないボルトなどの固定部材によって固定用治具５ｂが固定されている。
【００１４】
固定部材６，７は、移動地面板４上に間隔をあけて支持部５を固定する部材である。固定部材６は、図１、図２及び図４に示すように、支持部５を吊り下げて固定するために垂直方向に張られたピアノ線であり、車両模型の連結部の隙間を通過して固定用治具５ｂの上面に連結されている。固定部材７は、図３及び図４に示すように、支持部５を吊るために水平方向に張られたピアノ線であり、固定用治具５ｂの側面に連結されている。
【００１５】
図５は、この発明の実施形態に係る風洞試験装置の固定用治具の側面図である。図６は、図５のVI−VI線で切断した状態を示す断面図である。
固定用治具８は、試験対象物１を支持部５に固定するための治具である。固定用治具８は、図６に示すように、外観形状が門型であり、試験対象物１の車輪１ｂを補強して支持部５上に固定する。固定用治具８には、車体１ａの底面に固定される固定部８ａと、この固定部８ａの両端部から直角に屈曲した一対の脚部８ｂと、この一対の脚部８ｂの外側側面に車輪１ｂの内側側面が嵌合する一対の嵌合部８ｃと、一対の車輪１ｂを連結する車軸１ｃが貫通する貫通孔８ｄとが形成されている。固定用治具８は、図１及び図２に示すように、車体１ａの長さ方向の両端側の車輪１ｂのみを補強しており、両端側以外の車輪１ｂは固定用治具８によって補強されておらず、車輪１ｂの下端が支持部５から僅かに離間して浮き上がった状態である。
【００１６】
荷重検出部９は、気体の流れによって試験対象物１に作用する荷重を検出する装置である。荷重検出部９は、試験対象物１と支持部５との間に設置されており、この試験対象物１に作用する空気力（抗力、揚力、横力、モーメント）を検出可能な天秤である。荷重検出部９は、図５及び図６に示すように、車両模型の車輪１ｂとレールとの間に設置されており、車輪１ｂの下端に形成された平坦面１ｄ及び脚部８ｂの下面と支持部５の上面との間に挟み込まれ固定されている。荷重検出部９には、図５に示すように、支持部５の長さ方向に沿って配線された信号線９ａが接続されており、荷重検出部９は、検出結果を荷重検出信号として図示しない増幅部を通じて演算部に出力し、各荷重検出部９が検出した荷重の大きさをこの演算部が演算する。
【００１７】
次に、この発明の実施形態に係る風洞試験装置の試験方法を説明する。
図１〜図６に示すように、固定部材６，７によって支持部５を吊り移動地面板４上に支持部５を固定するとともに、試験対象物１と支持部５との間に荷重検出部９を設置して、固定用治具８によって試験対象物１が支持部５上に固定される。この状態で、吹出口３ａから気体を噴出させて試験対象物１に気体を流し、この気体の速度と略同一速度で移動地面板４がベルト４ａを駆動する。その結果、気体の流れによって試験対象物１が抗力（空気抵抗）を受け、荷重検出部９によってこの抗力が検出される。
【００１８】
この発明の実施形態に係る風洞試験装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この実施形態では、試験対象物１と移動地面板４との間で試験対象物１を支持部５が支持し、気体の流れによって試験対象物１に作用する荷重を検出する荷重検出部９が試験対象物１と支持部５との間に設置されている。図７及び図８に示す従来の風洞試験装置１０２では、車両模型１０１を吊るワイヤ１０６，１０７が空気の流れを遮るため、ロードセル１０９が検出した検出結果からこのワイヤ１０６，１０７が受ける空気抵抗を補正する必要がある。しかし、この実施形態では、試験対象物１と支持部５との間に荷重検出部９が設置されているため、支持部５が空気抵抗を受けても荷重検出部９の検出結果に影響がなく、試験対象物１を吊るスティングやワイヤなどが必要なくなる。その結果、試験対象物１が受ける空気抵抗のみを荷重検出部９によって検出することができ、検出結果に誤差がなくなって試験対象物１に作用する荷重を高精度に検出することができる。
【００１９】
(2) この実施形態では、試験対象物１が鉄道車両の模型であるときに、この鉄道車両の模型の車輪１ｂを支持するレールが支持部５であり、この車輪１ｂと支持部５との間に荷重検出部９が設置されている。試験対象物１が鉄道車両である場合には、移動地面板４と同じ速度で支持部５も移動することが理想的である。しかし、レールの幅は鉄道車両の幅に比べて非常に狭いため、レールが固定されていても空気抵抗などによる影響は極めて少ないと考えられる。この実施形態では、車輪１ｂと支持部５との間に荷重検出部９を設置しているため、支持部５が空気抵抗を受けても荷重検出部９によって車両模型が受ける空気抵抗のみを測定することができる。
【００２０】
(3) この実施形態では、移動地面板４上に間隔をあけて支持部５を固定部材６，７が固定する。その結果、試験対象物１を支持部５上に支持した状態でこの支持部５を移動地面板４上に固定することができる。特に、鉄道車両の風洞試験をする場合には、移動地面板４上に設置された支持部５は、車輪１ｂを支持するレールであるので、車輪底面と地面との間の距離を実際の状況に合わせた風洞試験をすることができる。
【００２１】
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、試験対象物１として鉄道車両の模型を例に挙げて説明したがこれに限定するものではない。例えば、ガイドウェイに支持された状態で走行する移動体や鉄道車両の実車などについてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、支持部５の下方に移動地面板４を設置した場合を例に挙げて説明したが、支持部５を地面に固定して一対の支持部５の内側及び外側に移動地面板４をそれぞれ設置してもよい。さらに、この実施形態では、ベルト４ａを駆動する移動地面板４を例に挙げて説明したが、移動地面を板状の構造に限定するものではない。
【００２２】
(2) この実施形態では、車体１ａの一部の車輪１ｂ（車体１ａの長さ方向の両端側の車輪１ｂ）と支持部５との間に荷重検出部９を設置しているが、車体１ａの全ての車輪１ｂと支持部５との間に荷重検出部９を設置してもよい。また、この実施形態では、固定用治具８によって車輪１ｂと支持部５とを固定しているが、車輪１ｂの強度が十分である場合には固定用治具８を省略して車輪１ｂを支持部５に直接固定してもよい。さらに、この実施形態では、試験対象物１に空気を流す場合を例に挙げて説明したが、空気以外の気体を試験対象物１に流して風洞試験をする場合についてもこの発明を適用することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によると、試験対象物に作用する荷重を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態に係る風洞試験装置の側面図である。
【図２】この発明の実施形態に係る風洞試験装置の試験対象物の支持方法を示す側面図である。
【図３】この発明の実施形態に係る風洞試験装置の支持部の固定方法を示す平面図である。
【図４】この発明の実施形態に係る風洞試験装置の支持部の固定方法を示す正面図である。
【図５】この発明の実施形態に係る風洞試験装置の固定用治具の側面図である。
【図６】図５のVI−VI線で切断した状態を示す断面図である。
【図７】従来の風洞試験装置の側面図である。
【図８】従来の風洞試験装置の試験対象物の固定方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１  試験対象物
２  風洞試験装置
３  風洞
３ｄ  風洞測定部
４  移動地面板（移動地面）
５  支持部
６，７  固定部材
８  固定用治具
９  荷重検出部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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