(57)【要約】【課題】本発明は風洞試験において使用される磁力支持天秤装置に関する。従来の模型支持装置は模型周りの気流を乱し、計測データの精度を低下させ、また模型に作用する空気力を計測するための天秤を別途必要とする不具合がある。本発明はこの不具合を解消できる装置の提供を課題とする。【解決手段】本発明の磁力支持天秤装置は、模型周りに発生させた磁場と模型内に収容されている永久磁石との干渉による磁気力を模型に作用させ支持する磁力支持天秤装置において、模型内に区画され永久磁石を収容する収納区画と、永久磁石を収納区画内に正確に設置できるように精密加工され、収納区画内前壁に埋設、固定され、永久磁石の吸引力により所定位置に永久磁石を固定する鉄片とからなる。これにより、永久磁石は模型内に正確に固定され、模型と磁石との相対移動が生じることなく模型に磁気力が作用し、模型は計測部所定位置に正確に支持され、模型の姿勢角を正確に設定でき、模型に作用する空気力をより精度良く計測できる。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風洞内計測部に設置されている模型の周囲に発生させている磁場による磁気力を模型に作用させて、前記模型の支持、姿勢角設定及び作用する空気力計測を行う磁力支持天秤装置において、前記模型内に区画され前記磁場の強さに対応した磁気力を前記模型に作用させる永久磁石を収容する収納区画と、前記収納区画内に設置され、前記永久磁石を吸引させて前記模型内の所定位置に固定する鉄片とを設けたことを特徴とする磁力支持天秤装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風洞内計測部に設置され空力特性等の計測を行う模型を、磁気力により支持する磁力支持天秤装置に係わり、特に風洞内計測部に発生させている磁場により模型に磁気力を作用させるために、模型内に収容される磁石を模型に完全に固定し、模型と磁石とに相対移動が生じないようにして模型を支持できるようにした磁力支持天秤装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
風洞試験においては、飛行体等を模擬する模型を気流を発生させている風洞内計測部に設置して、風洞内の気流による空力荷重に抗し、さらには必要に応じて気流方向に対する模型の姿勢角を変動できるようにして支持する必要がある。
このため、模型は、例えば床面を貫通させて風洞内に突出させたストラット等により、風洞内計測部断面の略中央に支持するか、計測部後方から風洞断面の略中央を上流側に突出させたスティング等により、模型後方から支持する方法が従来から採用されている。
【０００３】
しかしながら、このような模型支持方法では、現状で実用化されている如何なるストラット等、スティング等を使用しても、これらの支持装置が模型周りの気流を乱し、所謂支持装置干渉を生じさせ、模型に作用する空気力等の計測データの精度を低下させる不具合がある。
特に、機体軸方向と気流方向との角度が大きくされた模型に作用する空気力等の計測を行うようにした高迎角試験、又は動安定試験等においては、支持装置との干渉が大きくなり精度の良いデータが得られない不具合がある。
また、模型に作用する空気力、モーメント等を計測するためには、模型と支持装置との間に、これらと干渉しないようにして歪み計等を使用した天秤を設置する必要があり、模型に対応した精密加工を要し高価な天秤を製作する必要がある。
【０００４】
このために、支持装置干渉を生じさせることなく、模型を風洞内計測部で支持でき、試験データの精度の低下をきたすことなく風洞試験を実施できる模型支持装置として、磁気力を利用して模型を風洞内計測部の予め定められた所定位置で支持でき、または、試験中においても所定に姿勢角に設定でき、さらには試験時に模型に作用する空気力等を計測できるようにした、磁力支持天秤装置の実用化研究が各国で進められ、国内においても実用化研究が進められている。
【０００５】
図２は、本願発明者の一部が所属している研究所で実用化研究が進められている磁力支持天秤装置の斜視図である。
【０００６】
図に示すように、風洞計測部の外周にはコイル１〜１０が配置され、これらのコイル１〜１０に電流を流すことにより、風洞計測部内部に設置されている模型１１周辺に、制御された電流の大きさに対応する所定強さの磁場を発生させ、模型１１に内蔵している、図示省略している永久磁石がこの磁場と干渉して発生する磁気力が模型１１に作用することにより、模型１１は風洞計測部内の予め定められた位置で支持されるとともに、コイル１〜１０に流す電流を制御することにより、模型１１の位置、姿勢角を設定でき、また、模型１１に生じる空気力の大きさを、模型１１に作用する空気力の大きさにより変動するコイル１〜１０に流れる電流変化を計測することにより、検出できるようにしている。
【０００７】
なお、図２には風洞計測部外周の上下、左右にコイル１〜８を配置して、計測部上下方向（Ｚ軸方向）及び左右方向（Ｙ軸方向）の磁場を発生させ、また、計測部の計測部軸方向のＸ軸方向の上流側及び下流側にコイル９、１０を配置して磁場を発生させるようにし、しかも、各コイルに流す電流の大きさを個別に制御することにより、Ｘ軸方向及びＸ軸方向と直交する方向（Ｚ軸方向、Ｙ軸方向）の計測部各位置に発生する磁場の強さを変動させることにより、模型１１のＸ、Ｙ、Ｚ軸各軸方向の正確な位置設定、姿勢角設定ができ、さらには、模型１１に作用する空気力の大きさにより、各コイルに流れる電流の変動量を計測することにより、模型１１の各軸方向に作用する空気力並びに各軸周り生じるモーメントを計測できるようにしている。
【０００８】
また、図２において、１２は風洞計測部に設置される模型１１の中心位置に配置され、模型１１のＺ軸方向及びＸ軸方向の位置、ピッチ方向の姿勢を模型１１の外周の軸方向及び周方向に付されたマークを、ＣＣＤカメラ等で検出できるようにした模型位置姿勢測定装置であり、模型１１のＹ軸方向の位置、ヨー方向の姿勢も検出できるようにした、図示省略した同様な模型位置姿勢測定装置が計測部の上、下方にも設けるようにしている。
【０００９】
このように、磁力支持天秤装置で模型１１を支持して風洞試験を行うようにした場合には、前述した支持装置干渉が生じないために、計測部に発生させている磁場が気流に影響を及ぼさない限り、精度の高い計測データが得ることができ、さらには、従来空気力及びモーメントの計測に必要とされている天秤が不要になる等の利点がある反面、実用化に当たっては省電力化等、まだ解決すべき課題がいくつか残されており、前述したように実用化研究が進められているのが現状である。
【００１０】
その課題の一つとして、コイル１〜１０等のコイルに電流を流すことにより、外部に発生させた磁場と干渉させて発生する磁気力を模型１１に作用させ、模型１１を所定位置で支持し、又は模型１１を所定の姿勢角にするために、模型１１内に内蔵する永久磁石の収納がある。
即ち、模型内に収容される永久磁石は、模型１１内の所定位置に収容され模型１１に完全に固定され、模型１１と永久磁石とに相対移動が極力生じないようにして、計測部各位置に発生させている磁場の強さに対応して発生する磁気力を模型１１に作用させ、模型１１を予め定められている計測部の特定位置に設置し、また計測部各位置に発生させている磁場の強さに応じて模型姿勢角を変動させるようにしているからである。
【００１１】
しかし、永久磁石は残留磁束を大きくするために、最高残留磁束を得ることのできる素材を使用して製作する必要があり、このために現状ではＡｌ−Ｎｉ−Ｃｏ異方性磁石又はアルニコ５番磁石材からなる素材を使って製作されたものを使用しているが、このような素材は硬度が極めて高く形状加工が困難である。
【００１２】
このために、現状では永久磁石の製作誤差、特に外径のバラツキを考慮して、永久磁石形状よりも若干大きいめの収納区画を模型１１内に設けておき、収納区画に永久磁石を収容するときに永久磁石の形状に合わせて区画内に弾性体の詰め物をしたり、ボルト等で永久磁石を収納区画の側壁に押付け、固定して模型１１と永久磁石との間に相対移動が極力生じないようにしている。
【００１３】
即ち、図３に示すように、まず、アルミ材で製作され中央部にねじ接続部１３を設けて、前胴部１４と後胴部１５とに２分割にされた模型１１の円筒部軸心に沿って、同心状に円柱状の永久磁石１６の外径よりも内径が若干大きくされ、永久磁石１６の製作時に生じる外径のバラツキの逃げ代を設け、永久磁石１６の長さよりも短くされた大径部１７ａと、大径部１７ａの前、後端に連続させて設けられ永久磁石１６の外径と略同径にされ、永久磁石１６の先端部と後端部を嵌入させ、模型１１と永久磁石との間に相対移動が極力生じないようにする摺動力を生じさせる小径部１７ｂとからなる収納区画１７を加工して設ける。
【００１４】
次いで、この収納区画１７の後端部にゴム等の弾性体１８を挿入した後、永久磁石１６の後端部を嵌入させて弾性体１８に押しつけ、収納区画１７内に永久磁石１６を収容する。
この後、永久磁石１６の先端部を大径部の前方に加工された小径部に嵌入させながら、ねじ接続部１３を締め込み前胴部１４と後胴部１５とを一体化することにより、模型１１の内部に永久磁石１６を収容するようにしたものである。
【００１５】
しかしながら、このようにして永久磁石１６を模型１１の内部に収容するようにしたものでは、弾性体１８による永久磁石１６の拘束力が小さく、模型１１と永久磁石１６との間、特に、Ｘ軸方向に配置される模型１１の軸方向には弾性体１８の変形により大きな相対移動が生じ、模型１１に作用する磁気力が変化するために、所定位置での模型１１の支持が困難になり、模型１１の位置及び姿勢角設定又は模型１１の作用する空気力の測定精度の悪いものになる。
【００１６】
また、図４に示すように、図３に示すものと同様にして設けた収納区画１７内に永久磁石１６を挿入した後、ねじ接続部１３を締め込み、模型１１の内部に永久磁石１６を収容したのち、収納区画１７後端隔壁の軸心に穿設されたネジ穴から押しネジ１９を押し込むことにより、永久磁石１６の先端部を大径部１７ａの前方に加工された小径部１７ｂに嵌入させ、図３と同様に収納区画１７の先、後端部を形成する小径部１７ｂで永久磁石１６の先端部及び後端部を固定するようにしたものもある。
【００１７】
しかしながら、このようにして永久磁石１６を模型１１の内部に収容するようにしたものでは、永久磁石１６の先端部及び後端部を小径部１７ｂに嵌入させるだけで模型１１を固定するようにしたものでは、摺動力を大きくして相対移動、特に軸方向の相対移動が生じないようにするためには、特に永久磁石１６の先端部の小径部１７ｂへの嵌入量を大きくする必要があり、例え、ネジ穴に硬化処理が施されていても、また、治具等を使用して押しネジを強力に押し込むようにしても押し込み力には限度があり、さらには永久磁石１６外径のバラツキがあり、永久磁石１６の先端部を前方の小径部１７ｂ端面に正確密着させて固定することは極めて難しく、また、密着固定したとしても模型１１との固定は、永久磁石１６の先端部外周面と小径部１７ｂの内周面との摺動力だけでなされるだけであるために、模型１１に生じることのある衝撃力等により、図３に示すものと同様に、模型１１と永久磁石１６との間に相対移動が生じるようになり、前述した図３に示すもので生じる不具合と同様の不具合が生じる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した不具合を解消するために、永久磁石と模型との間にガタ等を生じず、相対移動が生じないようにして永久磁石を模型内部に収容し、模型を計測部の予め定められた位置に正確に支持するとともに、模型の正確な姿勢角の設定ができ、また、模型に作用する空気力を精度良く計測できる磁力支持天秤装置を提供することを課題とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の磁力支持天秤装置は、次の手段とした。
【００２０】
風洞内計測部周辺に配置されたコイルに流れる電流により、計測部に設置されている模型周り発生させた磁場と模型内に収容されている永久磁石との干渉により生じる磁気力を模型に作用させて支持するとともに、模型の姿勢角設定、模型に作用する空気力等の計測を行うことのできる磁力支持天秤装置において、模型内に区画され、磁場の強さに対応した磁気力を模型に作用させる永久磁石を収容する収納区画と、永久磁石を収納区画内の所定位置に正確に設置できるように精密加工されて収納区画内に固定され、永久磁石の吸引力により収納区画内の所定位置に、永久磁石を固定して模型の計測部への設置時に計測部所定位置に配置する鉄片とからなるものとした。
【００２１】
これにより、永久磁石は収納区画に固定されている鉄片を吸引して、収納区画内の正確な位置に保持されて模型に完全に固定され、模型に衝撃力等が発生しても模型と磁石と間に相対移動が生じることがないので、コイルに流す電流を変化させて変動する磁場による磁気力を模型に正確に作用させることができるようになり、従来の磁力支持天秤装置の不具合を解消して、模型の風洞内計測部所定位置での支持、姿勢角の設定を精度良くでき、また、模型に作用する空気力をより精度良く計測できるものにできる。
【００２２】
また、鉄片を収納区画内の軸方向端面に設け、永久磁石の外径と略同径され、永久磁石の先、後端部の外径にバラツキがあっても、容易に嵌入できる軸方向深さの小径部を収納区画内の軸方向両端部に設けて、模型と永久磁石との間の軸方向の相対移動の拘束は、主に永久磁石の吸引力で行い、模型と永久磁石との間の軸方向に直交する方向の相対移動の拘束は、主に小径部に嵌入させた永久磁石の先、後端部で行うようにすれば、より強力に永久磁石を模型内に固定でき、より大きな衝撃力が発生しても模型と磁石と間の相対移動が生じないものにできる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の磁力支持天秤装置の実施の一形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の磁力支持天秤装置の実施の第１形態を示す縦断面図である。
なお、図３〜図４に示す部材と同様な部材については同一符号を付して、説明は極力省略する。
【００２４】
図に示すように、本実施の形態の磁力支持天秤装置で支持される模型１１は、図３〜図４に示すものと同様に、アルミ材で製作され軸方向中央部にねじ接続部１３を設けて、前胴部１４と後胴部１５とに２分割にされ、先端部を除き円筒状のものからなる。
また、模型１１の軸心には円柱状の永久磁石１６を収容するために、模型１１軸心と同心状に円柱状に形成された収納区画２０が設けられている。
この収納区画２０は、永久磁石１６を余裕をもって収容できるように内径が永久磁石１６の外形よりも十分大きくされ、永久磁石１６の軸方向長さよりも短くされた大径部２０ａが軸方向中央に配置され、永久磁石１６の外径と略同径にされ、永久磁石１６の先端部と後端部を僅かに挿入して、永久磁石１６の軸方向と直交する方向の動きを規制できる、軸方向の長さが短くされた小径部２０ｂとからなる。
【００２５】
即ち、前述したように、現状では最高残留磁束が得られ硬度が極めて高く、形状加工が困難なＡｌ−Ｎｉ−Ｃｏ異方性磁石又はアルニコ５番磁石材からなる円柱状の永久磁石を収容するために、本実施の形態においても、収納区画２０は、永久磁石１６の外形形状よりも大きいめの大径部２０ａを軸方向中央部に設け、永久磁石１６外径の長手方向の殆どのバラツキを考慮した逃げ代を形成して、永久磁石１６の余裕を設けて収容でき、しかも模型１１が一体化されたとき、永久磁石１６の軸方向と直交する方向の動きを規制できる程度の軸方向の長さにされ、永久磁石１６の外径と略同径にされて、永久磁石１６の先端部と後端部を容易に挿入できる小径部２０ｂを、大径部２０ａの先端及び後端に連続して設けるものにしている。
なお、先端に設ける小径部２０ｂ近傍の大径部２０ａ先端部には、小径部２０ｂへの永久磁石１６の嵌入を容易にするために、大径部２０ａ外径より径が大きくされた拡径部２０ｃを設けている。
【００２６】
また、収納区画２０の先端に設けられた小径部先端壁には、精密に加工された鉄片２１が埋め込まれ、ボルト２２により模型１１に固定され、収納区画２０内に永久磁石１６が挿入されたとき、永久磁石１６が鉄片２１を吸引することにより、永久磁石１６と模型１１との相対位置、特に軸方向の位置を正確に、しかも強固に保持して、収納区画２０内に所定位置に所定姿勢で永久磁石１６が配置されるようにしている。
【００２７】
本実施の形態の磁力支持天秤装置は、このように構成されているので、収納区画２０内に収容された永久磁石１６の軸方向の動きは、主として鉄片２１に吸引する永久磁石１６の吸引力（磁気力）により規制され、また軸方向と直交する方向の動きは、主として永久磁石１６の先端部と後端部が僅かに挿入された小径部２０ｂ内周面により規制されるために、模型１１に大きな衝撃力が発生する場合においても、模型１１と永久磁石１６との間に相対移動が生じることがなく、コイルに流れる制御された電流の大きさに対応した強さの磁気力が、模型１１に作用するために、計測部の予め定められている所定位置での模型１１の支持が容易になり、また、風洞試験を行うための模型１１の姿勢角設定が精度の高いものとなり、さらには、風洞試験時模型１１の作用する空気力の測定結果が精度の高いものにできる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の磁力支持天秤装置は、模型周り発生させた磁場と、模型内に収容されている永久磁石との干渉による磁気力を模型に作用させて支持し、模型の姿勢角設定及び模型に作用する空気力計測を行う磁力支持天秤装置において、模型内に区画され永久磁石を収容する収納区画と、永久磁石を収納区画内の所定位置に正確に設置できるように精密加工され、収納区画内に前壁等に埋設、固定され、永久磁石の吸引力により収納区画内の所定位置に永久磁石を固定する鉄片とからなるものとした。
【００２９】
これにより、永久磁石は収納区画内の正確な位置に配置されて模型に完全に固定され、模型と磁石と間に相対運動が生じることなく周辺に発生している磁場により模型に磁気力を作用するため、模型は風洞内計測部所定位置に正確に支持され、模型の姿勢角を正確に設定でき、模型に作用する空気力をより精度良く計測できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁力支持天秤装置の実施の第１形態を示す縦断面図、
【図２】本発明の磁力支持天秤装置の全体を示す斜視図、
【図３】従来の磁力支持天秤装置の一例を示す縦断面図、
【図４】従来の磁力支持天秤装置の他の例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１〜１０      コイル
１１          模型
１２          模型位置姿勢測定装置
１３          ねじ接続部
１４          前胴部
１５          後胴部
１６          永久磁石
１７          収納区画
１７ａ        大径部
１７ｂ        小径部
１８          弾性体
１９          押しネジ
２０          収納区画
２０ａ        大径部
２０ｂ        小径部
２０ｃ        拡径部
２１          鉄片
２２          ボルト
【図１】
2004347342.tif 000003
【図２】
2004347342.tif 000004
【図３】
2004347342.tif 000005
【図４】
2004347342.tif 000006