(57)【要約】【課題】半機模型周りの風況を乱すことなく支持可能とすることによって、逆対称モードフラッタ現象の風洞試験を高精度にて実現できる風洞試験用模型ことを目的とする。【解決手段】機体の胴体部および片翼を模擬した半機模型部３と、風洞壁から離間した位置で、半機模型部３を中心軸線ＣＬ回りに回動可能に支持する支持装置５とを備えた風洞試験用模型１であって、支持装置５は、胴体部７と略同形状または相似形状の横断面形状を有して後方に延在するとともに、風洞試験装置側に半機模型部３を固定する固定部１１を後端側に備え、かつ、半機模型部３に対して中心軸線ＣＬ回りに所定のねじり剛性を与えるねじり剛性付与手段を筐体内に備えている。【選択図】図１
2012078260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体の胴体部および片翼を模擬した半機模型部と、
風洞壁から離間した位置で、前記半機模型部を中心軸線回りに回動可能に支持する支持装置と、
を備えた風洞試験用模型であって、
前記支持装置は、前記胴体部と略同形状または相似形状の横断面形状を有して後方に延在するとともに、風洞試験装置側に前記半機模型部を固定する固定部を後端側に備え、かつ、前記半機模型部に対して前記中心軸線回りに所定のねじり剛性を与えるねじり剛性付与手段を筐体内に備えていることを特徴とする風洞試験用模型。
【請求項２】
前記固定部は、風洞試験装置に設けられたスティングポッドに対して、前記支持装置を固定することを特徴とする請求項１に記載の風洞試験用模型。
【請求項３】
前記ねじり剛性付与手段のねじり剛性は、前記半機模型部の１次固有振動数の１／３以下、好ましくは１／５以下の１次固有振動数をねじり剛性付与手段が有するように設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の風洞試験用模型。
【請求項４】
前記ねじり剛性付与手段は、棒状とされたトルクシャフトとされており、
該トルクシャフトは、その前端が前記胴体部側に固定されているとともに、その後端側が前記支持装置の前記筐体に対して所定の固定位置にて固定され、
前記固定位置は、前記トルクシャフトの長手方向にて変更可能とされていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の風洞試験用模型。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の風洞試験用模型を風洞試験装置に取り付け、逆対称モードフラッタ風洞試験を行うことを特徴とする風洞試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風洞試験用模型および風洞試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
航空機が亜音速や遷音速領域を飛行する際に、逆対称モードフラッタ現象が発生する可能性がある。この逆対称モードフラッタ現象は、航空機の左右の翼が逆位相の振動（すなわち逆対称モード）を伴うフラッタ現象である。そこで、飛行前に、または空力弾性解析の精度検証のために、航空機の模型を用いた風洞試験が行われる。
【０００３】
このような逆対称モードフラッタ現象の風洞試験に用いられる風洞試験用模型としては、機体の胴体部および両翼を模擬した全機模型と、機体の胴体部および片翼を模擬した半機模型とがある。
両翼を有する全機模型の場合には、左右の翼に加わる逆対称の空気力が模擬できる（特許文献１の第３図（ａ）参照）ので、逆対称モードフラッタ現象を再現できる点で有利である。
【０００４】
しかし、全機模型は、同一の大きさの風洞試験装置に設置する場合、半機模型に比べて片翼のスケールを小さくせざるを得ない。スケールが小さくなると、模型製作精度（振動特性の模擬精度ならびに左右翼の整合精度）が低下してしまう。したがって、全機模型を用いるには比較的大きな風洞試験装置が必要となるが、逆対称モードフラッタ現象の試験ができる大型の風洞試験装置は日本国内でも限られており、このような大型風洞試験装置を使用する際には、模型を破壊させないこと、設備の使用目的に適った機種の模型しか使用が認められないといった条件が課されることが多い。さらには、風洞使用料が高いという問題もある。
【０００５】
そこで、比較的小さな風洞試験装置にも設置することができるとともに、全機模型に比べて片翼のスケールを大きくして精度向上が期待できる半機模型が注目される。
半機模型を風洞試験装置に設置する方法として、特許文献１の第４図（ｂ）に示されているように、機体のロール自由度を模擬する支持装置を使用して半機模型を風洞壁に取付ける方法がある。しかし、この方法は、振動特性は逆対称を模擬できるものの、特許文献１の第３図（ｃ）に示すように、空気力は対称にしかなり得ない。したがって、典型的な曲げと捩りのフラッタが生じる速度よりも低い速度領域で生じるマイルドフラッタや、LCO（Limit Cycle Oscillation；リミットサイクル振動）といったような空気力の僅かの差異がフラッタ特性に大きな影響を与える場合には、風洞試験が成立しない。
【０００６】
このような問題を解決するために、特許文献１では、半機模型の枢支点を風洞壁から離して位置される方法が提案されている。これより、風洞壁の影響をなくすことができ、特許文献１の第３図（ｂ）に示すように、枢支点で空気力をゼロとして逆対称空気力を再現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−２４２５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１では、その第１図（ｂ）に示されているように、半機模型を下方から支柱によって支持する構造となっている。これでは、支柱が抵抗になってしまい、半機模型の風況を乱してしまう恐れがある。さらに、支柱を設置するために風洞壁の下部に穴を開ける等の工事が別途必要となり、風洞試験の段取りに多くの時間とコストを要することになる。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、多くの時間とコストを要することなく設置でき、半機模型周りの風況を乱すことなく支持可能とすることによって、逆対称モードフラッタ現象の風洞試験を高精度にて実現できる風洞試験用模型および風洞試験方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の風洞試験用模型および風洞試験方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる風洞試験用模型は、機体の胴体部および片翼を模擬した半機模型部と、風洞壁から離間した位置で、前記半機模型部を中心軸線回りに回動可能に支持する支持装置とを備えた風洞試験用模型であって、前記支持装置は、前記胴体部と略同形状または相似形状の横断面形状を有して後方に延在するとともに、風洞試験装置側に前記半機模型部を固定する固定部を後端側に備え、かつ、前記半機模型部に対して前記中心軸線回りに所定のねじり剛性を与えるねじり剛性付与手段を筐体内に備えていることを特徴とする。
【００１１】
半機模型部を中心軸線回りに回動可能に支持する支持装置を風洞壁から離間させることによって、振動特性だけでなく空気力をも模擬して逆対称モードフラッタ現象を精度良く再現することができる。
また、支持装置は、胴体部と略同形状または相似形状の横断面形状を有して後方に延在しているので、前方側（流体流れ上流側）に位置する半機模型部に対して風況を阻害することがない。さらに、風洞試験装置側に半機模型部を固定する固定部を支持装置の後端側に設けているので、半機模型部に対して風況を阻害することがない。
また、支持装置は、半機模型部に対して中心軸線回りに所定のねじり剛性を与えるねじり剛性付与手段を備えているので、空気力によって生じる半機模型部のロール方向のモーメントに対する反トルクを与えることができる。さらに、ねじり剛性付与手段が支持装置の筐体内に収納されているので、ねじり剛性付与手段が風況を乱すことがない。
ねじり剛性付与手段としては、典型的には丸棒等のトルクシャフトが挙げられ、コイルバネ等も用いることができる。
ねじり剛性付与手段のねじり剛性としては、半機模型部の定常揚力発生時の反トルクを生じさせる程度のねじり剛性を選択することが好ましい。ねじり剛性の調整としては、例えばトルクシャフトの横断面形状を変更して極断面係数を変更することによって行う。
【００１２】
さらに、本発明の風洞試験用模型では、前記固定部は、風洞試験装置に設けられたスティングポッドに対して、前記支持装置を固定することを特徴とする。
【００１３】
風洞試験装置に設けられたスティングポッドを用いることにより、既存の試験装置の設備を利用することができ、追加工事や追加コストを発生させることなく風洞試験を行うことができる。
また、スティングポッドの軸線と半機模型部の中心軸線が略平行となるように固定してオフセットさせることとすれば、風洞試験用模型をスティングポッドに固定した後に、ねじり剛性付与手段を支持装置の後方から挿脱することができ、風洞試験の作業が容易になる。
【００１４】
さらに、本発明の風洞試験用模型では、前記ねじり剛性付与手段のねじり剛性は、前記半機模型部の１次固有振動数の１／３以下、好ましくは１／５以下の１次固有振動数をねじり剛性付与手段が有するように設定されていることを特徴とする。
【００１５】
ねじり剛性付与手段のねじり剛性は、半機模型部の定常揚力発生時の反トルクを生じさせる程度のねじり剛性を有していれば足り、それ以上に大きいねじり剛性は半機模型部の振動特性（特に逆対称モードフラッタ現象）を把握する上で好ましくない。したがって、ねじり剛性としては、半機模型部の１次固有振動数の１／３以下、好ましくは１／５以下の１次固有振動数をねじり剛性付与手段が有するように設定するのが好適である。
【００１６】
さらに、本発明の風洞試験用模型では、前記ねじり剛性付与手段は、棒状とされたトルクシャフトとされており、該トルクシャフトは、その前端が前記胴体部側に固定されているとともに、その後端側が前記支持装置の前記筐体に対して所定の固定位置にて固定され、前記固定位置は、前記トルクシャフトの長手方向にて変更可能とされていることを特徴とする。
【００１７】
トルクシャフトの固定位置を、その長手方向にて変更可能とすることにより、胴体部側に固定された前端と固定位置との間の距離を変更することができる。これにより、ねじり剛性を適切な値に調整することができる。
【００１８】
また、本発明の風洞試験方法は、上記の風洞試験用模型を風洞試験装置に取り付け、逆対称モードフラッタ風洞試験を行うことを特徴とする。
【００１９】
上記の風洞試験用模型を用いて風洞試験を行うこととしたので、逆対称モードフラッタ現象を精度良く実現できる。
【発明の効果】
【００２０】
半機模型部の後方に設けた支持装置によって半機模型部を支持することにより、半機模型部周りの風況を乱すことなく支持することができる。
また、風洞壁から離間させて風洞試験用模型を設置するとともに、定常揚力に対する適正な反トルクを与えるトルクシャフトを用いて半機模型部を支持することとしたので、逆対称モードフラッタ現象の風洞試験を高精度にて実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる風洞試験用模型をスティングポッドに固定した状態を示した斜視図である。
【図２】図１の風洞試験用模型の部分断面平面図である。
【図３】定常揚力Ｌが作用した場合に模型に生じるモーメントＭを示した図であり、（ａ）が全機模型の場合、（ｂ）が半機模型の場合である。
【図４】半機模型を用いた場合の空気力分布を示し、（ａ）が風洞壁に半機模型を回動可能（ロール自由）に設置した場合、（ｂ）が風洞壁から離れた位置に半機模型を回動可能（ロール自由）に設置した場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明にかかる一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、逆対称モードフラッタ現象の風洞試験に用いる風洞試験用模型１が示されている。
模型１は、機体の胴体部および片翼を模擬した半機模型部３と、この半機模型部３を中心軸線ＣＬ回りに回動可能（ロール自由）に支持する支持装置５とを有している。
半機模型部３は、機体の胴体の前方部を模擬した胴体部７と、機体の片翼を模擬した翼９とを備えている。
胴体部７は、先細りとされた円筒形状とされている。この胴体部７は、特許文献１に示されているように中心軸線を含む垂直面によって二分割された半割形状とはなっていない。これは、図１に示したように円筒形状を保った方が空気流れを乱すことがなく計測精度の向上に資するからである。したがって、本実施形態では、胴体部７の慣性モーメントが全機模型の場合の１／２になるようにその質量が調整されている。
【００２３】
支持装置５は、胴体部７の後端（空気流れ下流側）に接続されており、その外形状をなす横断面形状は、胴体部７の後端における横断面形状と略同形状とされている。
支持装置５は、その後端側に、半機模型部３を風洞試験装置側に固定するための固定部１１を備えている。固定部１１は、風洞試験装置に既設されているスティングポッド（sting pod）１３の先端から立設するように取り付けられている。スティングポッド１３は、本来、その先端にスティング（sting）を介して模型を剛に固定するためのものである。本実施形態では、半機模型部３を回動可能に固定するためにスティングポッド１３を利用している。
スティングポッド１３の軸線と半機模型部３の中心軸線とは、略平行となるように設置される。また、スティングポッド１３から固定部１１を立設させることで、スティングポッド１３の軸線と半機模型部３の中心軸線とをオフセットさせている。このようにオフセットさせることにより、風洞試験用模型１をスティングポッド１３に固定した後に、後述するトルクシャフト２６（図２参照）を支持装置５の後方から挿脱することができ、風洞試験の作業が容易になる。
スティングポッド１３に半機模型部３を取り付けることにより、図４（ｂ）に示すように、風洞壁１５から離間させた状態で半機模型３を風洞試験装置内に設置することができる。これにより、半機模型部３の回動中心における空気力をゼロとすることができる。なお、図４（ａ）には、参考例として、風洞壁１５に半機模型を回動可能（ロール自由）に設置した場合が示されている。このように、半機模型を風洞壁１５に設置すると、半機模型の回動中心における空気力がゼロとならずに空気力分布を非対称とすることができない。
【００２４】
図２には、半機模型部３を支持する支持装置５の内部構造が示されている。支持装置５の筐体２０内には、胴体部７の後端に固定された回動軸２２が挿入されている。回動軸２２は、胴体部７の後端から後方（図において右側）へと中心軸線ＣＬ上に沿って延在している。
支持装置５の筐体２０内には、回動軸２２を回動可能に支持する１対のラジアル軸受２４，２４と、回動軸２２に固定されたトルクシャフト（ねじり剛性付与手段）２６とが設けられている。
また、支持装置５の筐体２０内には、図示しないが、半機模型部３の各所に設置したセンサからの出力信号を導く配線が通過するようになっている。これらの配線は、支持装置５から取り出され、図示しない外部の演算処理装置へと導かれる。各配線は、筐体２０とトルクシャフト２６との間の空間を通すこととしているが、これに代えて、トルクシャフトを中空として、トルクシャフト内の空間に配線を通すこととしても良い。
【００２５】
トルクシャフト２６は、丸棒等の棒状体とされており、その先端が回動軸２２の後端に固定され、その後端側がトルクシャフト固定具２８に固定されている。トルクシャフト固定具２８は、トルクシャフト２６を筐体２０側に固定するものであり、中心軸線ＣＬ方向に移動させて任意の位置でトルクシャフト２６を固定できるようになっている。このように、トルクシャフト固定具２８によってトルクシャフト２６の後端側の固定位置を任意に設定できるので、トルクシャフト２６の先端とトルクシャフト後端側の固定位置までの距離を変更することによって、トルクシャフト２６のねじり剛性を任意に設定することができる。
【００２６】
図３には、トルクシャフト２６のねじり剛性の設定の考え方が示されている。図３（ａ）に示すように、全機模型の場合、定常揚力Ｌが生じて中心軸線ＣＬ回りにモーメントＭが発生しても、左右の翼で打ち消すことができる。しかし、本実施形態のような半機模型の場合、片翼のみに揚力Ｌが発生し一方向のモーメントＭのみが中心軸線ＣＬ回りに発生するので、これを打ち消すために反トルクを半機模型に作用させる必要がある。この反トルクを発生させるものが図２に示したトルクシャフト２６である。このトルクシャフト２６のねじり剛性が大きい場合には、定常揚力Ｌに抗する反トルクを発生させることができるが、逆対称モードフラッタ現象が発生した場合に、この振動をも打ち消すように大きなねじり剛性では本来の試験目的が達成できない。したがって、トルクシャフト２６のねじり剛性は、定常揚力Ｌに抗する反トルクを与えるのに必要十分な大きさが好ましい。本発明者等は、このような観点からトルクシャフト２６のねじり剛性を検討した結果、半機模型部３の１次固有振動数の１／３以下、好ましくは１／５以下の１次固有振動数をトルクシャフト２６が有するようにねじり剛性を設定することが効果的であることを見出した。
このようにトルクシャフト２６のねじり剛性を適切に設定することで、逆対称モードフラッタ現象が生じた場合の半機模型部３の振動特性を阻害することがない。
【００２７】
以上の通り、本実施形態の風洞試験用模型および風洞試験方法によれば、以下の作用効果を奏する。
半機模型部３を中心軸線ＣＬ回りに回動可能に支持する支持装置５を風洞壁から離間させることによって（図４（ｂ）参照）、振動特性だけでなく空気力をも模擬して逆対称モードフラッタ現象を精度良く再現することができる。
また、支持装置５は、胴体部７の後端と略同形状の横断面形状を有して後方に延在しているので、前方側（流体流れ上流側）に位置する半機模型部３に対して風況を阻害することがない。さらに、固定部１１を支持装置５の後端に設けているので、半機模型部３に対して風況を阻害することがない。
また、支持装置５は、半機模型部３に対して中心軸線ＣＬ回りに所定のねじり剛性を与えるトルクシャフト２６を備えているので、空気力によって生じる半機模型部３のロール方向のモーメントＭに対する反トルクを与えることができる。さらに、トルクシャフト２６が支持装置５の筐体２０内に収納されているので、トルクシャフト２６が風況を乱すことがない。
【００２８】
風洞試験装置に設けられたスティングポッド１３を用いることにより、既存の試験装置の設備を利用することができ、追加工事や追加コストを発生させることなく風洞試験を行うことができる。
【００２９】
なお、本実施形態では、支持装置５の横断面形状は、胴体部７の後端における横断面形状と略同一なものとしたが、本発明はこれに限定されず、胴体部の後端における横断面形状と相似な形状としてもよい。
また、本実施形態では、ねじり剛性付与手段としてトルクシャフト２６を用いることとしたが、所望のねじり剛性を与えることができればこれに限定されるものではなく、コイルバネ等を用いても良い。
また、本実施形態では、トルクシャフト固定具２８の位置を変更することによってトルクシャフト２６のねじり剛性を変更することとしたが、これ以外にも、例えばトルクシャフトの横断面形状を変更して極断面係数を変更することによってトルクシャフト２６のねじり剛性を調整しても良い。
【符号の説明】
【００３０】
１  風洞試験用模型
３  半機模型部
５  支持装置
１１  固定部
１３  スティングポッド
２０  筐体
２６  トルクシャフト（ねじり剛性付与手段）
ＣＬ  中心軸線
【図１】
2012078260.tif 000003
【図２】
2012078260.tif 000004
【図３】
2012078260.tif 000005
【図４】
2012078260.tif 000006