(57)【要約】【課題】建物の縮尺模型を用いて行う風洞実験において、建物模型に設けられた測定孔に加わる風圧の測定が、測定孔切り替え器を用いて測定する場合、２５０Ｈｚ以上の変動圧力は減衰が８５％以上であり、従来の補正では誤差が大きく、信頼できる測定結果を得ることが困難であった。また、１ｋＨｚ以上の高周波領域でも応答可能な圧力計を用いると、安定性が悪く長時間の測定が困難であった。【解決手段】最大応答周波数ｆｐが３００Ｈｚ〜５００Ｈｚの圧力計を用い、信号発生器とスピーカーとを用いてホワイトノイズの信号による圧力変動を発生させ、該圧力変動を該圧力計で１／（２ｆｐ）の時間間隔で測定し、チューブと測定港切り替え器とによって生じる風圧の振幅および位相の補正値を求め、風圧の補正に用いる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風洞内に風圧測定孔が設けてある建物模型を設置し、該風圧測定孔に加わる風圧をチューブと測定孔切り替え器で圧力計に導き、建物模型に加わる風圧を測定する風圧測定方法において、最大応答周波数ｆｐが３００Ｈｚ〜５００Ｈｚの圧力計を用い、信号発生器とスピーカーとを用いてホワイトノイズの信号による圧力変動を発生させ、該圧力変動を該圧力計で１／（２ｆｐ）の時間間隔で測定し、チューブと測定孔切り替え器とによって生じる風圧の振幅および位相の補正値を求め、該補正値を建物模型の風圧測定孔に加わる風圧の補正に用いることを特徴とする風圧測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の風圧測定方法は、建物に加わる風荷重を推定するための風洞実験において、建物模型に設けられた風圧測定孔に生じる風圧の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建物に加わる風荷重の予測は、建物の縮尺模型を用いる風洞実験によるのが一般的である。建物に加わる風荷重は、建物全体に加わる荷重と壁面の部材に加わる風圧とに分けられる。建物全体の荷重は天秤を用いて測定され、壁面の風圧は圧力計を用いて行われる。また、壁面に加わる風圧を元に、建物全体に加わる荷重の算定を行う方法が、特許文献１に示されている。
【０００３】
壁面風圧の風洞実験は、建物の壁面に加わる風荷重を風洞実験により推定するために行われる。風洞実験によって推定された風荷重は、主に、建物に用いる部材に要求される設計強度を決定するために用いられる。
【０００４】
壁面風圧の風洞実験は、図１に示すように、建物の縮尺模型１を用い、該縮尺模型１の壁面に、風圧を測定するための風圧測定孔３を設けて行われる。風圧測定孔に生じる風圧は、プラスチック製のフレキシブルなチューブ２を介して圧力計５に導かれる。縮尺模型に設ける風圧測定孔は、建物の規模や風洞実験の規模にもよるが、数百点程度である。
【０００５】
圧力計５の性能が向上して、微圧や高周波で変動する圧力の測定が可能となり、また、小型で高性能のコンピューター７の出現により、大容量のデータ処理が行えるようになった。
【０００６】
このため、風洞実験において、風圧の変動が精度よく測定されるようになり、測定された風圧は、平均風圧と変動値に分けて解析され、風圧の変動に対する建物や外装材の応答が検討されるようになった。
【０００７】
風洞実験において、風圧測定孔３に加わる風圧を正確に測定するには、圧力計５を風圧測定孔３に直接設けるのが最も好ましいが、ほとんどの風洞実験において、風圧測定孔３の間隔は狭く、圧力計５を風圧測定孔５に直接設置することは困難である。このため、風圧測定孔３と圧力計５をフレキシブルなチューブ２で繋ぎ、風圧測定孔３に加わる風圧を該チューブで圧力計５に伝達する。
【０００８】
さらに、数百点もある風圧測定孔３の全てに圧力計５を繋ぐことは、一定の測定時間を必要とする変動風圧の測定において、圧力計５のドリフトの校正が大変であり、また測定システムが高価なものとなるので、図２に示すように風圧測定孔３と圧力計５を繋ぐチューブの間に測定孔切り替え器４を設け、測定する風圧測定孔を順次切り替えして、１台の圧力計で多数の風圧測定孔３の圧力を測定できるようにし、数台乃至数十台の圧力計で数百点以上の多数の風圧測定孔の風圧を測定する方法がある。
【０００９】
このような風圧測定孔と圧力計とをチューブと測定孔切り替え器で繋いで行う風圧の測定において、チューブや測定孔切り替え器は圧力変動の高周波成分を減衰し、位相のズレ（位相差）を生じさせる。そのため、風圧の変動を正しく評価するためには、減衰や位相差を補正する必要がある。
【００１０】
減衰および位相差の補正値は、図３に示す測定により求められている。信号発生器９でホワイトノイズの信号を発生させ、ホワイトノイズの信号を遮音箱１１の中に置かれたスピーカー１０を用いて圧力に変える。ホワイトノイズの信号は、広範囲の周波数域での圧力変動となる。圧力測定孔１２、１２’が設けられている平板１３は、遮音箱１１の中を仕切るように設置され、圧力測定孔１２’には、平板１３に直付けされている圧力計５’で圧力変動を測定し、測定値Ａを得る。圧力測定孔１２には、風洞実験で用いるチューブと測定孔切り替え器を繋ぎ、圧力変動を圧力計５で測定し、測定値Ｂを得る。
【００１１】
測定値Ａと測定値Ｂの測定は同時に行い、測定結果をそれぞれフーリエ変換し、圧力変動の周波数毎の圧力の大きさと位相とを求める。周波数毎の圧力の大きさと位相を測定値Ａと測定値Ｂとで比較し、圧力の大きさの比を減衰、位相のズレを位相差とする。
【００１２】
減衰と位相の遅れは、風圧変動の周波数範囲として知られている１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの範囲で求めておく。
【００１３】
さらに、減衰と位相の遅れは、風洞実験で測定される圧力の時系列のデータを、フーリエ変換し、周波数毎の圧力の大きさを求め、前述の減衰と位相差を用いて補正を行い、風洞実験の風圧測定結果とする。
【００１４】
補正を正しく行うために、風壁面風圧の測定は、信号発生器とスピーカーを用いて減衰と位相差を求めたのと同じ性能の圧力計、測定孔切り替え器を用い、さらに、同じ材質、同じ長さ、同じ太さのチューブを用いて行われる。
【００１５】
【特許文献１】
特開平６−５０８３９号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
測定孔切り替え器を用いて風圧を測定する場合、２５０Ｈｚ以上の変動圧力は減衰が８５％以上であり、従来の補正では誤差が大きく、信頼できる測定結果を得ることが困難であった。また、１ｋＨｚ以上の高周波領域でも応答可能な圧力計を用いると、安定性が悪く長時間の測定が困難であった。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の風圧測定方法は、風洞内に風圧測定孔が設けてある建物模型を設置し、該風圧測定孔に加わる風圧をチューブと測定孔切り替え器で圧力計に導き、建物模型に加わる風圧を測定する風圧測定方法において、最大応答周波数ｆｐが３００Ｈｚ〜５００Ｈｚの圧力計を用い、信号発生器とスピーカーとを用いてホワイトノイズの信号による圧力変動を発生させ、該圧力変動を該圧力計で１／（２ｆｐ）の時間間隔で測定し、チューブと測定港切り替え器とによって生じる風圧の振幅および位相の補正値を求め、該補正値を建物模型の風圧測定孔に加わる風圧の補正に用いることを特徴とする風圧測定方法である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
壁面風圧の測定に用いられる模型に設けられている風圧測定孔と圧力切替器とを繋ぐチューブの長さは、チューブの長さによって変動成分の減衰する大きさが異なるため、全ての圧力測定孔に一定の長さに揃えたチューブを用いることが望ましい。
【００１９】
チューブは長いほど圧力の減衰が大きいので、できる限り短くすることが好ましいが、建物模型の形により、一定の長さに揃えられないときは、チューブの長さ毎の補正値を求めておけばよい。
【００２０】
風洞実験において、変動成分を評価するのは、２００Ｈｚ以下なので、圧力計の最大応答周波数ｆｐは、２００Ｈｚ以上とすることが好ましい。より好ましくは、高周波成分の精度を十分に確保するため、最大応答周波数ｆｐは、３００Ｈｚ以上とすることが望ましい。
【００２１】
また、最大応答周波数ｆｐが高くなると、ゼロドリフトのため長時間の安定した測定が困難となるので、ｆｐは５００Ｈｚ以下とすることが好ましい。
【００２２】
減衰および位相差の補正値は、図３に示す装置を用いて求める。信号発生器９でホワイトノイズの信号を発生させ、ホワイトノイズの信号を遮音箱１１の中に置かれたスピーカー１０を用いて圧力に変える。ホワイトノイズの信号は、１０００Ｈｚまでの周波数域の信号とすることが好ましい。
【００２３】
圧力測定孔１２、１２’が設けられている平板１３は、遮音箱１１の中を仕切るように設置され、圧力測定孔１２’には、平板１３に直付けされている圧力計５’で圧力変動を測定し、測定値Ａを得る。圧力測定孔１２には、風洞実験で用いるチューブと測定孔切り替え器を繋ぎ、圧力変動を圧力計５で測定し、測定値Ｂを得る。測定する時間間隔は圧力計の最大応答周波数ｆｐに対した１／（２ｆｐ）とすることが、２００Ｈｚ付近の高周波成分を精度良く補正できるので、望ましい。
【００２４】
測定値Ａと測定値Ｂの測定は同時に行い、測定結果をそれぞれフーリエ変換し、圧力変動の周波数毎の圧力の大きさと位相とを求める。周波数毎の圧力の大きさと位相を測定値Ａと測定値Ｂとで比較し、圧力の大きさの比を減衰に対する補正値、位相のズレを位相に対する補正値とする。
【００２５】
減衰と位相に対する補正値は、風圧変動の周波数範囲として知られている１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの範囲で求めておくことが好ましい。
【００２６】
さらに、減衰と位相の補正は、風洞実験で測定される風圧の時系列のデータをフーリエ変換し、周波数毎の風圧の大きさを求め、補正を行い、風洞実験の風圧測定結果とする。
【００２７】
補正を正しく行うために、図２にに示す風壁面風圧の測定において、図３の信号発生器とスピーカーを用いて減衰と位相差を求めたのと同じ性能の圧力計、測定孔切り替え器を用い、さらに、同じ材質、同じ長さ、同じ太さのチューブを用いて行うことが望ましい。
【００２８】
【実施例】
実施例１
図３におけるチューブ２に外径２ｍｍ、内径１ｍｍ長さ７００ｍｍのビニールチューブを用い、圧力計５、５′には応答周波数が３８０Ｈｚのものを用い、さらに測定孔切り替え器４にはスキャニングバルブを用いた。
【００２９】
信号発生器９でホワイトノイズの信号を発生させ、該信号をスピーカ１０で音圧にし、圧力計５、５′で、共にサンプリング時間を１．３ｍｓｅｃとし、４０９６個のデータを同時に測定した。圧力計５、５′で測定した結果をそれぞれフーリエ変換し、パワースペクトルとクロススペクトルを求めて、圧力計５の測定における振幅と位相に対する補正値を求めた。
【００３０】
求めた補正値を用いて、圧力計５で測定された波形を補正したところ、図４に示す結果が得られ、圧力計５′で測定された波形とよく一致し、精度良く補正されていることが確認された。
【００３１】
比較例１
サンプリング時間を２ｍｓｅｃとした他は全て実施例１と同様にして、波形の振幅と位相を補正するための補正値を求めた。
【００３２】
圧力計５で測定した波形を補正した結果は図５のようになり、周期性はほぼ一致し、位相の補正は良かったが、振幅は全く一致せず、補正ができなかった。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の風洞実験方法は、安価で正確な風圧測定を行うための実験手段を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】模型に加わる風圧をビニールチューブで圧力計に導き測定する、風圧の測定方法を模式的に示す図。
【図２】模型に加わる風圧をビニールチューブで圧力切り替え器に導き、圧力切り替え器から圧力計に導かれた風圧を測定する、風圧の測定方法を模式的に示す図。
【図３】圧力切り替え器を用いる風圧測定の、補正値を求めるための測定を模式的に示す図。
【図４】実施例１で測定した圧力切り替え器を用いて測定した圧力変動の、補正前、補正後および、圧力計で直接測定した圧力変動を比較するグラフ。
【図５】比較例１で測定した圧力切り替え器を用いて測定した圧力変動の、補正前、補正後および、圧力計で直接測定した圧力変動を比較するグラフ。
【符号の説明】
１  模型
２  チューブ
３    測定孔
４    測定孔切り替え器
５、５′    圧力計
６    Ａ／Ｄコンバーター
７    パーソナルコンピュータ
８    地面盤
９    信号発生器
１０    スピーカー
１１    遮音箱
１２、１２′    測定孔
１３    遮音板
【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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