(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面に圧力または温度を計測するセンサを軸方向に間隔をおいて設けた非磁性体の中空梁と、この中空梁外面に軸方向に巻かれたソレノイドコイルと、このソレノイドコイルに電源からの電流を切り替えて供給するスイッチと、前記中空梁内に設けられ該中空梁の軸方向と直交する方向に拘束され磁性体よりなる移動体と、を備えたことを特徴とする固有振動数可変型計測レーク。
【請求項２】
前記スイッチは、対象ソレノイドコイルの下側のソレノイドコイルに通電した状態で対象ソレノイドコイルに通電し、下側のソレノイドコイルの通電を遮断し上側のソレノイドコイルに通電することにより前記移動体を上昇させることを特徴とする請求項１記載の固有振動数可変型計測レーク。
【請求項３】
外面に圧力または温度を計測するセンサを軸方向に間隔をおいて設けた中空梁と、この中空梁内に設けられ該中空梁の軸方向と直交する方向に拘束された移動体と、この移動体を軸方向に移動する移動機構と、を備えたことを特徴とする固有振動数可変型計測レーク。
【請求項４】
前記移動機構は、前記移動体に固定されたネジ棒と、このネジ棒に螺合しネジ棒方向の移動を拘束されたナットと、このナットを回転する回転装置と、を備えたことを特徴とする請求項３記載の固有振動数可変型計測レーク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の圧力や温度を複数点で計測するレークの固有振動数を可変とする計測レークに関する。
【０００２】
【従来の技術】
開発中のジェットエンジンの試験を行う場合、性能評価を行うため計測レークを流路中に挿入し気流の圧力や温度などを計測する。図８はジェットエンジンに計測レークを設けた一例を示す図である。ジェットエンジン１は、空気を取り入れるファン２と、このファン２で圧縮した空気をさらに圧縮する高圧圧縮機３と、圧縮した空気により燃料を燃焼する燃焼器４と、燃焼器４の燃焼ガスによりファン２と高圧圧縮機３を回転する高圧および低圧タービン５とを備える。さらに、ファン２で圧縮した空気の一部をバイパスするバイパス流路６が設けられている。例えば、ファン２の入口の空気の圧力分布や温度分布を調べる場合、ファン２の入口に計測レーク１０を設け、空気の圧力や温度などを計測する。
【０００３】
計測レーク１０は図１に示すように、中空梁１１の前縁に間隔をおいて複数の圧力センサ１３または温度センサを取付けたもので、中空梁１１は中空の支持部材１２で片持ち支持される。流路内に中空梁１１を配置し、流路の外側に取付けられた支持部材１２により支持される。中空梁の外形は流体の抵抗を少なくするため対称翼型になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
流路中に設けられた計測レークは気流に発生するカルマン渦等により振動する。この振動数は流速により変化し、流速はエンジンの回転数により変化する。この気流による振動数と計測レークの固有振動数が一致すると共振が発生し、計測レークが破損する場合があり、エンジンに損失を与える。これを避けるため計測レークの固有振動数をエンジンの回転数に対して十分高くすればよいが、構造的に困難となる場合が多い。また、固有振動数となるエンジンの回転数の範囲を禁止する方法もあるが、これにより試験が制限を受け、必要な試験を実施できなくなる恐れがある。
【０００５】
本発明は上述の問題に鑑みてなされたもので、計測レークの固有振動数を可変とする固有振動数可変型計測レークを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明では、外面に圧力または温度を計測するセンサを軸方向に間隔をおいて設けた非磁性体の中空梁と、この中空梁外面に軸方向に巻かれたソレノイドコイルと、このソレノイドコイルに電源からの電流を切り替えて供給するスイッチと、前記中空梁内に設けられ該中空梁の軸方向と直交する方向に拘束され磁性体よりなる移動体と、を備える。
【０００７】
非磁性体の中空梁には間隔をおいて複数のソレノイドコイルが巻かれ、スイッチによりそれぞれに通電できるようになっている。各ソレノイドコイルは通電するとコイルの巻かれた範囲とその前後所定の長さに渡り磁性体の移動体を移動させる磁力が発生する。中空梁を移動体が重力で落下する範囲の角度で立てて配置し、ソレノイドコイルには移動体を重力に抗して押し上げる起磁力を発生させる。スイッチを操作することにより移動体を押し上げ、または落下させることにより中空梁内で移動体を所望の位置に移動することができる。移動体は中空梁の軸方向と直交する方向に拘束されているので、軸方向と直交する方向の振動では中空梁と一体になり振動する。中空梁の固有振動数は移動体の位置により変化するので、この移動体をスイッチ操作により所望の位置に移動して固有振動数を変化させることができる。
【０００８】
請求項２の発明では、前記スイッチは、対象ソレノイドコイルの下側のソレノイドコイルに通電した状態で対象ソレノイドコイルに通電し、下側のソレノイドコイルの通電を遮断し上側のソレノイドコイルに通電することにより前記移動体を上昇させる。
【０００９】
対象ソレノイドコイルの下側のソレノイドコイルで押し上げられている移動体を対象ソレノイドコイルの位置に押し上げるには、下側のソレノイドコイルに通電した状態でさらに対象ソレノイドコイルに通電する。これによりコイルへの通電切り替え時の移動体の落下を防止し、上側のコイルへの移動を確実に行うことができる。
【００１０】
請求項３の発明では、外面に圧力または温度を計測するセンサを軸方向に間隔をおいて設けた中空梁と、この中空梁内に設けられ該中空梁の軸方向と直交する方向に拘束された移動体と、この移動体を中空梁の軸方向に移動する移動機構と、を備える。
【００１１】
中空梁内に移動体を設け、軸方向の移動を可能にし、軸方向と直交する方向の移動は拘束する。この移動体を移動機構で軸方向に移動することにより、中空梁の軸と直角方向の固有振動数を移動体の位置に応じて変化させることができる。
【００１２】
請求項４の発明では、前記移動機構は、前記移動体に固定されたネジ棒と、このネジ棒に螺合しネジ棒方向の移動を拘束されたナットと、このナットを回転する回転装置と、を備える。
【００１３】
ネジ棒に螺合しているナットを回転すると、ナットはネジ棒方向に移動を拘束されているので、ネジ棒および移動体はネジ棒方向にナットの回転数に応じて移動する。これにより中空梁の軸と直角方向の固有振動数を移動体の位置に応じて変化させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１実施形態の計測レークの構成を示す。図２は図１のＸ−Ｘ断面図である。計測レーク１０は中空梁１１と、この中空梁１１の一端を固定して片持ち支持する支持部材１２とを備え、両部材１１，１２ともステンレスやインコネル等の非磁性体で構成されている。エンジンには支持部材１２で固定され、中空梁１１のみが流路内に配置される。中空梁１１には前縁に圧力センサ１３が所定の間隔で取付けられている。なお、圧力センサ１３に変えて温度センサを設けてもよい。
【００１５】
中空梁１１内には磁性体で構成された移動体１４が設けられている。移動体１４は中空梁１１と緩やかに嵌合し、軸方向には摩擦抵抗を少なくして重力により落下するようにし、軸方向と直角方向には拘束材１５により拘束されるようになっている。この構成により中空梁１１の曲げ振動に対し移動体１４は中空梁１１と一体で振動する。
【００１６】
中空梁１１の外周には軸方向に所定の間隔でソレノイドコイル１６が巻かれている。各ソレノイドコイル１６には直流電源１７よりスイッチ１８を介して電流が供給される。スイッチ１８は隣接する２つのソレノイドコイル１６に通電できるようになっている。スイッチ１８は模式的に示したもので、実際はトランジスタスイッチが用いられる。
【００１７】
次に、動作について説明する。中空梁１１は鉛直に配置され、各ソレノイドコイル１６は通電すると磁力線を発生し移動体１４を重力に抗して押し上げる磁力が働くようコイルの巻き方や電流値が設定されている。なお、移動体１４は磁性体であるが、中空梁１１は非磁性体であるので、中空梁１１にソレノイドコイル１６を巻いて通電し磁力線を発生しても、移動体１４と中空梁１１とは電磁的に結合しない。図３は中空梁１１の下端にある移動体１４を任意のソレノイドコイル１６の位置に移動する動作を説明する図である。中空梁１１を横にして描き、左側を下端、右側を上端とする。ソレノイドコイル１６は下端からコイル１，コイル２，…コイル６とする。各ソレノイドコイル１６に通電して発生する磁力線は図示するように、コイルの巻かれている範囲より所定長さ過ぎると磁束漏れにより少なくなり、これにより移動体１４には、ほぼコイルの巻かれた範囲とその前後で重力に抗して押し上げる磁力が働くようにコイルの巻き方や電流値が設定されている。
【００１８】
図３において、ａ）は下端にある移動体１４をコイル１に通電してコイル１の位置に移動した状態を示す。移動体１４はコイル１により発生する磁力線により重力に抗して上昇するが、コイル１の上端近傍で磁力線が弱まるとそこで重力とバランスして止まる。コイル１に通電を持続すればこの位置を保持する。次にｂ）に示すようにコイル１に通電した状態でコイル２に通電する。これにより移動体１４はコイル２の位置に上昇する。この状態でコイル１への通電を遮断する。コイル１に通電した状態でコイル２に通電することにより、通電切り替え時の移動体１４の落下を防止する。以下同様にして任意のコイルの位置に移動体を上昇することができる。
【００１９】
図４は上端にある移動体１４を下側に移動する動作を説明する図である。
ａ）はコイル６に通電し、コイル６の位置に移動体１４を保持している状態を示す。ｂ）はコイル６の通電を遮断するとともにコイル５に通電した状態を示す。コイル６の通電遮断により移動体１４は落下するが、落下する下側にコイル５による磁力線が発生するため、移動体１４をコイル５の位置に保持する。以下同様にして任意のコイルの位置に移動体１４を降下することができる。
【００２０】
図３と図４で説明した方法により移動体１４を任意のコイルの位置に移動することができる。なお、上記の動作は中空梁１１を鉛直に配置した場合であるが、移動体１４が落下する角度であれば中空梁１１を傾斜して配置してもよい。移動体１１と中空梁１１との摩擦抵抗を小さくすることにより鉛直線に対して、左右３０度程度傾斜してもコイルの位置に移動体１４を移動することができる。
【００２１】
図５は移動体の位置と中空梁の固有振動数との関係を示す図である。横軸は中空梁１１の支持端（支持部材１２との接合位置）から移動体１４の距離ｘを示す。縦軸は中空梁１１の曲げ振動の固有振動数を示す。移動体１４が支持端から離れるに従い固有振動数は低下する。この低下の程度は中空梁１１の剛性、移動体１４の質量によって変化するので、これらを調整することにより、移動距離ｘを変えて所望の固有振動数とすることができる。
【００２２】
次に第２実施形態について説明する。
本実施形態は移動体の移動をネジ機構により機械的に行う。図６は第２実施形態の計測レークの構成を示し、図１と同一の符号は同一のものを表す。ただし、中空梁１１を非磁性体、移動体１４を磁性体とする必要はない。移動体１４には中空梁１１の軸方向にネジ棒２０を取付け、支持部材１２の上端に逆Ｌ字型のネジ棒支持構造２２を設ける。ネジ棒支持構造２２の水平材２２ａをネジ棒２０が貫通し、この水平材２２ａを挟んでナット２１がネジ棒２０と螺合している。かかる構成により、上側のナット２１を回すことにより移動体１４を上側へ移動でき、下側のナット２１を回すことにより移動体１４を下側へ移動することができる。また移動に使用しない方のナット２１を締付けることにより移動体１４の位置を固定することができる。第２実施形態では重力を用いて移動体１４を動かしていないので、中空梁１１を鉛直から水平の何れの角度にしても、移動体１４を移動することができる。また、中空梁１１を非磁性体、移動体１４を磁性体とする必要はないので、材料の制約が少ない。なお、移動体１４は比重の大きい鉛等を用いるとよい。
【００２３】
図７は図６に示すネジ棒駆動機構を自動化した装置を示す。支持部材１２の上端に逆Ｌ字型のネジ棒支持構造２２を設け、この水平材２２ａをネジ棒２０が貫通し、水平材２２ａの上側にナットの外周を歯車とした従動歯車２４を設け、ネジ棒２０に螺合させる。従動歯車２４に歯合する駆動歯車２５を設け、この駆動歯車２５を回転するパルスモータ２６を設ける。パルスモータ２６はモータ支持材２７によりネジ棒支持構造２２に固定されている。なお、水平材２２ａには歯車押え２３を設け、従動歯車２４の移動を押さえる。かかる構成により、パルスモータ２６の回転方向と回転数を制御することにより、移動体１４を移動範囲内の任意の位置に移動して、その位置に保持することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明は計測レークを構成する中空梁の外側にソレノイドコイルを巻き、内部に磁性体よりなる移動体を設け、移動体を磁気的に移動させて中空梁の固有振動数を変化させるようにしたので、計測時エンジンの回転数との共振を避けることができる。また、移動体をネジ機構により移動するようにしたので、同様に計測時エンジンの回転数との共振を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示す図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】第１実施形態の移動体の上昇動作を示す図である。
【図４】第１実施形態の移動体の下降動作を示す図である。
【図５】移動体の移動位置と固有振動数の関係の一例を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態の構成を示す図である。
【図７】第２実施形態のネジ棒自動移動機構を示す図である。
【図８】ジェットエンジンに計測レークを取り付けた状態を示す図である。
【符号の説明】
１０  計測レーク
１１  中空梁
１２  支持部材
１３  圧力センサ
１４  移動体
１５  拘束材
１６  ソレノイドコイル
１７  電源
１８  スイッチ
２０  ネジ棒
２１  ナット
２２  ネジ棒支持構造
２２ａ  水平材
２３  歯車押さえ
２４  従動歯車
２５  駆動歯車
２６  パルスモータ
２７  モータ支持材
【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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