(57)【要約】【課題】小さな力の測定精度の低下を抑制する。【解決手段】風洞試験用天秤２０は、抗力が働く方向に沿った延在方向Ａに延在する延在部２２と、模型取付部３０と、風洞固定部３２と、模型取付部３０と風洞固定部３２との間であって、延在部２２の側面４１に設けられる開口部４２と、開口部４２の内部に設けられる板状部材であって、一方の側面６０Ａと他方の側面６０Ｂとが、開口部４２の内面に固定され、抗力ＦＲＰ層が表面に設けられる抗力検出部６０と、を有する。抗力ＦＲＰ層内の繊維の長さを、一方の側面６０Ａから他方の側面６０Ｂに向かう方向である抗力第１方向のベクトル成分と、抗力第１方向に直交する抗力第２方向のベクトル成分とに分解した場合に、抗力ＦＲＰ層内の全ての繊維の抗力第２方向のベクトル成分の合計値が、抗力第１方向のベクトル成分の合計値より大きくなる。【選択図】図３
2017166870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風洞内に配置された模型に作用する複数方向からの力をそれぞれ検出する風洞試験用天秤であって、
前記模型に作用する抗力が働く方向に沿った延在方向に延在する延在部と、
前記延在部の一方の端部に設けられ、前記模型に固定される模型取付部と、
前記延在部の他方の端部に設けられ、前記風洞に対して固定される風洞固定部と、
前記模型取付部と前記風洞固定部との間であって、前記延在部の側面に設けられる開口部と、
前記開口部の内部に設けられる板状部材であって、一方の側面が、前記開口部の内面の所定箇所に固定され、他方の側面が、前記開口部の内面における前記所定箇所から前記延在方向に交差する方向に沿って対向する箇所に固定され、繊維強化プラスチックの層である抗力ＦＲＰ層が表面に設けられる抗力検出部と、を有し、
前記抗力ＦＲＰ層内の繊維の長さを、前記一方の側面から前記他方の側面に向かう方向である抗力第１方向のベクトル成分と、前記抗力第１方向に直交する抗力第２方向のベクトル成分とに分解した場合に、前記抗力ＦＲＰ層内の全ての繊維の前記抗力第２方向のベクトル成分の合計値が、前記抗力第１方向のベクトル成分の合計値より大きくなる、風洞試験用天秤。
【請求項２】
前記抗力ＦＲＰ層は、前記抗力第１方向に延在する前記繊維が配列した抗力第１方向層と、前記抗力第２方向に延在する前記繊維が配列した抗力第２方向層とが積層されており、前記抗力第２方向層の前記繊維の長さの合計値は、前記抗力第１方向層の前記繊維の長さの合計値よりも大きい、請求項１に記載の風洞試験用天秤。
【請求項３】
前記抗力検出部は、金属製の板状部材である母材部を更に有し、前記母材部の表面に前記抗力ＦＲＰ層を設ける、請求項１又は請求項２に記載の風洞試験用天秤。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の風洞試験用天秤と、
前記抗力検出部の表面に接着されて、前記抗力検出部の歪みを検出する力検出素子と、
前記力検出素子の検出結果に基づき、前記抗力を算出する制御部と、を有する、風洞試験装置。
【請求項５】
前記風洞試験用天秤は、前記延在部に設けられて、前記延在方向に沿った一方の端部及び他方の端部が前記延在部に対して固定されている多力検出部を更に有し、
前記力検出素子は、前記多力検出部の表面にも接着されて、前記多力検出部の歪みを検出し、
前記制御部は、前記多力検出部に接着された力検出素子の検出結果に基づき、前記模型に作用する前記抗力以外の力を算出する、請求項４に記載の風洞試験装置。
【請求項６】
前記延在部は、前記延在方向に沿った一方の端部及び他方の端部が前記延在部に対して固定されており、繊維強化プラスチックの層である多力ＦＲＰ層を表面に有する多力検出部を更に有し、
前記多力ＦＲＰ層内の繊維の長さを、前記延在方向に沿った方向である多力第１方向のベクトル成分と、前記多力第１方向に直交する多力第２方向のベクトル成分とに分解した場合に、前記多力ＦＲＰ層中の全ての繊維の前記多力第１方向のベクトル成分の合計値が、前記多力第２方向のベクトル成分の合計値より大きくなる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の風洞試験用天秤。
【請求項７】
風洞内に配置された模型に作用する複数方向からの荷重をそれぞれ計測する風洞試験用天秤であって、
前記模型に作用する抗力が働く方向に沿った延在方向に延在する延在部と、
前記延在部の一方の端部に設けられ、前記模型に固定される模型取付部と、
前記延在部の他方の端部に設けられ、前記風洞に対して固定される風洞固定部と、
前記延在部に設けられて、前記延在方向に沿った一方の端部及び他方の端部が前記延在部に対して固定されており、繊維強化プラスチックの層である多力ＦＲＰ層を表面に有する多力検出部と、を有し、
前記多力ＦＲＰ層内の繊維の長さを、前記延在方向に沿った方向である多力第１方向のベクトル成分と、前記多力第１方向に直交する多力第２方向のベクトル成分とに分解した場合に、前記多力ＦＲＰ層中の全ての繊維の前記多力第１方向のベクトル成分の合計値が、前記多力第２方向のベクトル成分の合計値より大きくなる風洞試験用天秤。
【請求項８】
前記多力ＦＲＰ層は、前記多力第１方向に延在する前記繊維が配列する多力第１方向層と、前記多力第２方向に延在する前記繊維が配列する多力第２方向層とが積層されており、前記多力第１方向層の前記繊維の長さの合計値は、前記多力第２方向層の前記繊維の長さの合計値よりも大きい、請求項７に記載の風洞試験用天秤。
【請求項９】
前記多力検出部は、金属製の部材である母材部を更に有し、前記母材部の表面に前記多力ＦＲＰ層を設ける、請求項７又は請求項８に記載の風洞試験用天秤。
【請求項１０】
請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の風洞試験用天秤と、
前記多力検出部の表面に接着されて、前記多力検出部の歪みを検出する力検出素子と、
前記力検出素子の検出結果に基づき、前記模型に作用する前記延在方向を中心軸とする回転方向のローリングモーメントを算出する制御部と、を有する、風洞試験装置。
【請求項１１】
前記風洞試験用天秤は、
前記延在部が、前記模型取付部と前記風洞固定部との間の側面に開口部を有しており、
前記開口部の内部に設けられる板状部材であって、一方の側面が、前記開口部の内面の所定箇所に固定され、他方の側面が、前記開口部の内面における前記所定箇所から前記延在方向に交差する方向に沿って対向する箇所に固定される抗力検出部を更に有し、
前記力検出素子は、前記抗力検出部の表面にも接着されて、前記抗力検出部の歪みを検出し、
前記制御部は、前記抗力検出部に接着された力検出素子の検出結果に基づき、前記模型に作用する抗力を算出する、請求項１０に記載の風洞試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風洞試験用天秤及び風洞試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
運転中の航空機などに作用する力を測定するには、風洞試験が用いられる場合がある。風洞試験は、風洞内に設けられた航空機の模型に対し、風洞用天秤を取り付けて、風洞内に気流を発生させる。模型には、抗力、揚力、及び横力の３方向の荷重と、ローリングモーメント、ピッチングモーメント、及びヨーイングモーメントの３方向のモーメントが作用する。風洞用天秤は、模型に固定されているため、模型に働くこれら複数方向の力（荷重及びモーメント）を受けて、歪みが生じる。風洞用天秤には歪みゲージが取り付けられており、その歪みゲージで検出した歪みを解析して、模型に働く複数方向からの力をそれぞれ算出する。
【０００３】
この風洞用天秤には、炭素鋼など、高剛力の金属部材が用いられていた。また、例えば特許文献１には、円柱状の風洞用天秤について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−９９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、模型に働く複数方向からの力は、それぞれ大きさに違いがある。例えば、飛行能力を高くするため、揚力は、大きくなるように設計されている。風洞用天秤は、例えば揚力のような大きな力を計測するため、剛性が高くなるよう設計されている。しかし、この場合、小さな力に対する変形が微小となり、この小さな力に対する検出能力が低下するおそれがある。また、小さな力を検出するため剛性を低くすると、例えば大きな力の成分に対する変形量が大きくなり、この大きな力の成分に対する変形量がノイズとなり、小さな力の検出精度が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、模型に働く複数方向からの力のうち、小さな力の測定精度の低下を抑制する風洞用天秤及び風洞試験装置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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る風洞試験用天秤は、風洞内に配置された模型に作用する複数方向からの力をそれぞれ検出する風洞試験用天秤であって、前記模型に作用する抗力が働く方向に沿った延在方向に延在する延在部と、前記延在部の一方の端部に設けられ、前記模型に固定される模型取付部と、前記延在部の他方の端部に設けられ、前記風洞に対して固定される風洞固定部と、前記模型取付部と前記風洞固定部との間であって、前記延在部の側面に設けられる開口部と、前記開口部の内部に設けられる板状部材であって、一方の側面が、前記開口部の内面の所定箇所に固定され、他方の側面が、前記開口部の内面における前記所定箇所から前記延在方向に交差する方向に沿って対向する箇所に固定され、繊維強化プラスチックの層である抗力ＦＲＰ層が表面に設けられる抗力検出部と、を有し、前記抗力ＦＲＰ層内の繊維の長さを、前記一方の側面から前記他方の側面に向かう方向である抗力第１方向のベクトル成分と、前記抗力第１方向に直交する抗力第２方向のベクトル成分とに分解した場合に、前記抗力ＦＲＰ層内の全ての繊維の前記抗力第２方向のベクトル成分の合計値が、前記抗力第１方向のベクトル成分の合計値より大きくなる。
【０００８】
この風洞試験用天秤は、抗力検出部において、引張力、捩り力、及び曲げ力に対して剛性を高く、かつ、せん断力に対する剛性を低くすることができる。そのため、この風洞試験用天秤は、小さい力である抗力の測定精度の低下を抑制することができる。
【０００９】
前記風洞試験用天秤において、前記抗力ＦＲＰ層は、前記抗力第１方向に延在する前記繊維が配列した抗力第１方向層と、前記抗力第２方向に延在する前記繊維が配列した抗力第２方向層とが積層されており、前記抗力第２方向層の前記繊維の長さの合計値は、前記抗力第１方向層の前記繊維の長さの合計値よりも大きいことが好ましい。この風洞試験用天秤は、抗力検出部において、引張力、捩り力、及び曲げ力に対して剛性を高く、かつ、せん断力に対する剛性を低くすることができる。そのため、この風洞試験用天秤は、小さい力である抗力の測定精度の低下をより好適に抑制することができる。
【００１０】
前記風洞試験用天秤において、前記抗力検出部は、金属製の板状部材である母材部を更に有し、前記母材部の表面に前記抗力ＦＲＰ層を設けることが好ましい。この風洞試験用天秤は、母材部を有しているため、小さい力である抗力の測定精度の低下をより好適に抑制することができる。
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る風洞試験装置は、前記風洞試験用天秤と、前記抗力検出部の表面に接着されて、前記抗力検出部の歪みを検出する力検出素子と、前記力検出素子の検出結果に基づき、前記抗力を算出する制御部と、を有する。この風洞試験装置は、この風洞試験用天秤を用いるため、小さい力である抗力の測定精度の低下を抑制することができる。
【００１２】
前記風洞試験装置において、前記風洞試験用天秤は、前記延在部に設けられて、前記延在方向に沿った一方の端部及び他方の端部が前記延在部に対して固定されている多力検出部を更に有し、前記力検出素子は、前記多力検出部の表面にも接着されて、前記多力検出部の歪みを検出し、前記制御部は、前記多力検出部に接着された力検出素子の検出結果に基づき、前記模型に作用する前記抗力以外の力を算出する。この風洞試験装置は、抗力検出部で抗力を検出し、抗力検出部とは異なる箇所の多力検出部で抗力以外の力を検出する。従って、この風洞試験装置１は、模型に作用する力の測定精度の低下を抑制することができる。
【００１３】
前記風洞試験用天秤において、前記延在部は、前記延在方向に沿った一方の端部及び他方の端部が前記延在部に対して固定されており、繊維強化プラスチックの層である多力ＦＲＰ層を表面に有する多力検出部を更に有し、前記多力ＦＲＰ層内の繊維の長さを、前記延在方向に沿った方向である多力第１方向のベクトル成分と、前記多力第１方向に直交する多力第２方向のベクトル成分とに分解した場合に、前記多力ＦＲＰ層中の全ての繊維の前記多力第１方向のベクトル成分の合計値が、前記多力第２方向のベクトル成分の合計値より大きくなることが好ましい。この風洞試験用天秤は、小さい力である抗力とローリングモーメントとの測定精度の低下を抑制することができる。
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る風洞試験用天秤は、風洞内に配置された模型に作用する複数方向からの荷重をそれぞれ計測する風洞試験用天秤であって、前記模型に作用する抗力が働く方向に沿った延在方向に延在する延在部と、前記延在部の一方の端部に設けられ、前記模型に固定される模型取付部と、前記延在部の他方の端部に設けられ、前記風洞に対して固定される風洞固定部と、前記延在部に設けられて、前記延在方向に沿った一方の端部及び他方の端部が前記延在部に対して固定されており、繊維強化プラスチックの層である多力ＦＲＰ層を表面に有する多力検出部と、を有し、前記多力ＦＲＰ層内の繊維の長さを、前記延在方向に沿った方向である多力第１方向のベクトル成分と、前記多力第１方向に直交する多力第２方向のベクトル成分とに分解した場合に、前記多力ＦＲＰ層中の全ての繊維の前記多力第１方向のベクトル成分の合計値が、前記多力第２方向のベクトル成分の合計値より大きくなる。
【００１５】
この風洞試験用天秤は、多力検出部において、せん断力、引張力、及び曲げ力に対して剛性が高く、かつ、捩り力に対する剛性を低くすることができる。そのため、この風洞試験用天秤は、小さい力であるローリングモーメントの測定精度の低下を抑制することができる。
【００１６】
前記風洞試験用天秤において、前記多力ＦＲＰ層は、前記多力第１方向に延在する前記繊維が配列する多力第１方向層と、前記多力第２方向に延在する前記繊維が配列する多力第２方向層とが積層されており、前記多力第１方向層の前記繊維の長さの合計値は、前記多力第２方向層の前記繊維の長さの合計値よりも大きいことが好ましい。この風洞試験用天秤は、多力検出部において、せん断力、引張力、及び曲げ力に対して剛性が高く、かつ、捩り力に対する剛性を低くすることができる。そのため、この風洞試験用天秤は、小さい力であるローリングモーメントの測定精度の低下をより好適に抑制することができる。
【００１７】
前記風洞試験用天秤において、前記多力検出部は、金属製の部材である母材部を更に有し、前記母材部の表面に前記多力ＦＲＰ層を設けることが好ましい。この風洞試験用天秤は、母材部を有するため、小さい力であるローリングモーメントの測定精度の低下を、より好適に抑制することができる。
【００１８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る風洞試験装置は、前記風洞試験用天秤と、前記多力検出部の表面に接着されて、前記多力検出部の歪みを検出する力検出素子と、前記力検出素子の検出結果に基づき、前記模型に作用する前記延在方向を中心軸とする回転方向のローリングモーメントを算出する制御部と、を有する。この風洞試験装置は、この風洞試験用天秤を用いるため、小さい力であるローリングモーメントの測定精度の低下を抑制することができる。
【００１９】
前記風洞試験装置において、前記風洞試験用天秤は、前記延在部が、前記模型取付部と前記風洞固定部との間の側面に開口部を有しており、前記開口部の内部に設けられる板状部材であって、一方の側面が、前記開口部の内面の所定箇所に固定され、他方の側面が、前記開口部の内面における前記所定箇所から前記延在方向に交差する方向に沿って対向する箇所に固定される抗力検出部を更に有し、前記力検出素子は、前記抗力検出部の表面にも接着されて、前記抗力検出部の歪みを検出し、前記制御部は、前記抗力検出部に接着された力検出素子の検出結果に基づき、前記模型に作用する抗力を算出することが好ましい。この風洞試験装置は、抗力検出部で抗力を検出し、抗力検出部とは異なる箇所の多力検出部で抗力以外の力を検出する。従って、この風洞試験装は、模型に作用する力の測定精度の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、模型に働く複数方向からの力のうち、小さな力の測定精度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、第１実施形態に係る風洞試験装置の模式図である。
【図２】図２は、模型に作用する力を説明する説明図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る風洞試験用天秤の模式図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る抗力検出部の模式図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第１実施形態における抗力第１方向層と抗力第２方向層との模式図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、第１実施形態における抗力第１方向層と抗力第２方向層との模式図である。
【図６Ａ】図６Ａは、抗力第１方向層と抗力第２方向層との他の例を示す模式図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、抗力第１方向層と抗力第２方向層との他の例を示す模式図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る風洞試験用天秤の模式図である。
【図８】図８は、第２実施形態に係る多力検出部の模式図である。
【図９Ａ】図９Ａは、第２実施形態における多力第１方向層と多力第２方向層との模式図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、第２実施形態における多力第１方向層と多力第２方向層との模式図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、多力第１方向層と多力第２方向層との他の例を示す模式図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、多力第１方向層と多力第２方向層との他の例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【００２３】
（第１実施形態）
（風洞試験装置の構成）
図１は、第１実施形態に係る風洞試験装置の模式図である。図１に示すように、第１実施形態に係る風洞試験装置１は、風洞１０と、ストラット１２と、スティング１４と、模型１６と、力検出素子１７と、制御部としての制御装置１８と、風洞試験用天秤２０とを有する。風洞試験装置１は、内部に模型１６を設置した風洞１０内に気流Ｗを発生させて、模型１６に作用する複数方向からの力を測定する風洞試験用の装置である。本実施形態における風洞試験は、飛行中の航空機に作用する複数種類の力を測定する試験である。ただし、風洞試験は、航空機だけでなく、異なる方向からの力、すなわち複数種類の力が作用する測定対象に対し、その複数種類の力を測定する試験であればよい。以下の説明では、風洞１０が延在する方向を方向Ｘとし、方向Ｘに直交する方向であって、鉛直方向に直交する方向を方向Ｙとし、方向Ｘ及び方向Ｙに直交する方向、すなわち鉛直方向を方向Ｚとする。
【００２４】
風洞１０は、密閉されて方向Ｘに延在する部屋１１を内部に有する風洞である。ストラット１２は、部屋１１の方向Ｚにおける上部と底部とに固定され、方向Ｚに延在する柱状の部材である。スティング１４は、一方の端部がストラット１２に固定され、方向Ｘに延在する軸状の部材である。スティング１４は、他方の端部に、風洞試験用天秤２０が固定される固定部１４Ａが設けられている。模型１６は、風洞１０内に配置された風洞試験の対象となる物体の模型である。模型１６は、本実施形態では、航空機の模型である。模型１６の後方の端部、すなわち尾翼側の端部には、天秤導通穴１６Ａが開口している。ここで、模型１６の後方の端部から先頭の端部に向かう方向を模型前方方向ＰＬとすると、天秤導通穴１６Ａは、模型１６の後方の端部から、模型１６の内部を、模型前方方向ＰＬに沿って開口している。また、天秤導通穴１６Ａの底部には、固定部１６Ｂが設けられている。
【００２５】
風洞試験用天秤２０は、延在方向Ａに沿って延在する軸状部材である延在部２２を有している。延在部２２の一方の端部には、模型取付部３０が設けられている。延在部２２の他方の端部には、風洞固定部３２が設けられている。風洞試験用天秤２０は、天秤導通穴１６Ａ内に取付けられる。風洞試験用天秤２０は、模型取付部３０が、開口する固定部１６Ｂ内に挿入されて、模型１６に対して固定される。風洞試験用天秤２０の径は、天秤導通穴１６Ａの径より小さいため、風洞試験用天秤２０は、模型取付部３０以外の箇所で模型１６に接触しない。風洞試験用天秤２０は、風洞固定部３２が、開口する固定部１４Ａ内に挿入されて、スティング１４に固定される。すなわち、風洞試験用天秤２０は、風洞固定部３２で、風洞１０に固定される。風洞試験用天秤２０の詳細な構成については後述する。
【００２６】
風洞試験装置１は、このように模型１６が風洞試験用天秤２０を介して、風洞１０の内部に固定される。模型１６は、模型前方方向ＰＬが方向Ｘに沿うように、さらに詳しくは、方向Ｘと対向する方向となるように、風洞１０の内部に固定される。また、風洞試験用天秤２０は、軸方向である延在方向Ａが、抗力ＦＸの働く方向である方向Ｘに沿うように、風洞１０の内部に固定される。
【００２７】
力検出素子１７は、風洞試験用天秤２０の表面に取付けられる歪みゲージである。力検出素子１７は、風洞試験用天秤２０の歪み（変形）を検出する。制御装置１８は、風洞試験装置１を制御する装置である。制御装置１８は、風洞１０の内部の図示しない気流発生部を制御し、風洞１０内に気流Ｗを発生させる。図１では、気流Ｗは、風洞１０の内部で方向Ｘに沿って流れるが、その流れる方向、流速及び流量などは、制御装置１８によって変化可能に制御される。また、制御装置１８は、力検出素子１７が検出した風洞試験用天秤２０の歪みの情報を取得する。制御装置１８は、風洞試験用天秤２０の歪みから、風洞試験用天秤２０に作用する力を算出する。風洞試験用天秤２０は、模型１６に固定されている。従って、制御装置１８は、風洞試験用天秤２０の表面の歪みから、模型１６に作用する力を算出しているということができる。
【００２８】
以下、模型１６に作用する力について説明する。図２は、模型に作用する力を説明する説明図である。図２に示すように、模型１６の重心を重心Ｏとし、重心Ｏに沿った平面であり、方向Ｘに垂直な平面を平面Ｐとする。模型１６は、気流Ｗを受けた際に、抗力ＦＸと横力ＦＹと揚力ＦＺとの、異なる方向からの三種類の荷重が作用する。抗力ＦＸは、模型１６に対して方向Ｘに沿って作用する荷重である。すなわち、抗力ＦＸは、航空機の進行方向に対向して働く抵抗である。横力ＦＹは、模型１６に対して方向Ｙに沿って作用する荷重である。横力ＦＹは、航空機を横方向に移動させる力である。揚力ＦＺは、模型１６に対して方向Ｚに沿って作用する荷重である。揚力ＦＺは、航空機を持ち上げる力である。また、模型１６は、気流Ｗを受けた際に、ローリングモーメントＭＸと、ピッチングモーメントＭＹとヨーイングモーメントＭＺとの、異なる方向からの三種類のモーメントが作用する。ローリングモーメントＭＸは、模型１６に対して、方向Ｘを回転軸とした回転方向に沿って作用するモーメントである。ローリングモーメントＭＸは、進行方向を回転軸として、航空機を回転させる力である。ピッチングモーメントＭＹは、方向Ｙを回転軸とした回転方向に沿って作用するモーメントである。ピッチングモーメントＭＹは、航空機の先端を上下させる力である。ヨーイングモーメントＭＺは、方向Ｚを回転軸とした回転方向に沿って作用するモーメントである。ヨーイングモーメントＭＺは、航空機を旋回させる力である。
【００２９】
このように、模型１６は、気流Ｗを受けた際に、それぞれ異なる方向からの力（荷重及びモーメント）が複数作用する。風洞試験用天秤２０は、これら模型１６に働く力に応じて、歪みを生じる。風洞試験装置１は、力検出素子１７によってこの歪みを検出し、制御装置１８によって、その歪みからこれらの力の値をそれぞれ算出する。
【００３０】
航空機は、抵抗が小さくなるように設計されているため、抗力ＦＸは、その力が小さい。言い換えれば、抗力ＦＸは、その荷重量が小さく、横力ＦＹと揚力ＦＺとは、その荷重量が大きい。また、ローリングモーメントＭＸも、その力が小さい。すなわち、ローリングモーメントＭＸはそのモーメントが小さく、ピッチングモーメントＭＹとヨーイングモーメントＭＺとは、そのモーメントが大きい。従って、風洞試験用天秤２０は、同じ気流Ｗを受けている場合でも、抗力ＦＸ及びローリングモーメントＭＸによって発生する歪みが小さくなり、横力ＦＹ、揚力ＦＺ、ピッチングモーメントＭＹ及びヨーイングモーメントＭＺによって発生する歪みが大きくなる。
【００３１】
以下、風洞試験用天秤２０の構成を説明する。図３は、第１実施形態に係る風洞試験用天秤の模式図である。上述のように、風洞試験用天秤２０は、延在方向Ａに沿って延在する軸状部材である延在部２２を有している。延在部２２には、模型取付部３０と、風洞固定部３２と、開口部４２と、多力検出部５０Ａ、５０Ｂとが設けられている。延在部２２は、例えば炭素鋼などの金属製の軸状部材であり、本実施形態では、円柱状の部材である。以下、延在方向Ａに直交する方向を方向Ｂとし、延在方向Ａ及び方向Ｂに直交する方向を方向Ｃとする。
【００３２】
模型取付部３０は、延在部２２の延在方向Ａに沿った一方の端部に設けられている。模型取付部３０は、延在部２２の一方の端部を円錐台形に加工して設けられる。上述のように、模型取付部３０は、固定部１６Ｂ内に挿入されて模型１６に固定される。風洞固定部３２は、延在部２２の延在方向Ａに沿った他方の端部に設けられている。風洞固定部３２は、延在部２２の他方の端部を円錐台形に加工して設けられる。上述のように、風洞固定部３２は、固定部１４Ａ内に挿入されて風洞１０に固定される。風洞試験用天秤２０は、模型１６及び風洞１０に固定された際は、延在方向Ａが方向Ｘに沿い、方向Ｂが方向Ｙに沿い、方向Ｃが方向Ｚに沿う。
【００３３】
開口部４２は、延在方向Ａにおける模型取付部３０と風洞固定部３２との間であって、延在部２２の側面４１に設けられる。開口部４２は、延在方向Ａと垂直な方向、ここでは方向Ｂに沿って側面４１を貫通している。ただし、開口部４２は、側面４１に設けられる開口であれば、方向Ｂに沿って側面４１を貫通していることに限られない。開口部４２は、延在方向Ａに交差する方向に沿って側面４１を貫通していればよい。また、開口部４２は、側面４１を貫通せずに、底面を有していてもよい。
【００３４】
多力検出部５０Ａは、模型取付部３０と開口部４２との間における、延在方向Ａに沿った延在部２２の一部の領域に設けられている。多力検出部５０Ａは、延在部２２の側面４１の一部の領域と、その一部の領域の反対側の領域とを、平面に加工して設けられる。言い換えれば、多力検出部５０Ａは、延在方向Ａに沿った一方の端部５１Ａが延在部２２の模型取付部３０側に固定されており、他方の端部５２Ａが、延在部２２の風洞固定部３２側に固定されている。
【００３５】
多力検出部５０Ｂは、開口部４２と風洞固定部３２との間における、延在方向Ａに沿った延在部２２の一部の領域に設けられている。多力検出部５０Ｂは、延在部２２の側面４１の一部の領域と、その一部の領域の反対側の領域とを、平面に加工して設けられる。言い換えれば、多力検出部５０Ｂは、延在方向Ａに沿った一方の端部５１Ｂが延在部２２の開口部４２側に固定されており、他方の端部５２Ｂが延在部２２の風洞固定部３２側に固定されている。なお、本実施形態では、延在部２２には、多力検出部５０Ａと多力検出部５０Ｂとが設けられているが、多力検出部５０Ａと多力検出部５０Ｂとのいずれか一方だけが設けられていてもよい。以下、多力検出部５０Ａと多力検出部５０Ｂとを区別しない場合、多力検出部５０と記載する。多力検出部５０の表面（平面箇所）には、複数の力検出素子１７が接着されている。
【００３６】
また、開口部４２には、抗力検出部６０が設けられている。抗力検出部６０は、開口部４２の内部に設けられる板状部材である。抗力検出部６０は、一方の側面６０Ａが、開口部４２の内面４２Ａに固定される。また、抗力検出部６０は、他方の側面６０Ｂが、開口部４２の内面４２Ａと方向Ｃに沿って対向する内面４２Ｂに固定される。抗力検出部６０の表面６０Ｃは、延在方向Ａに垂直な平面に沿って設けられる。ただし、抗力検出部６０は、一方の側面６０Ａが、開口部４２の内面の所定箇所に固定され、他方の側面６０Ｂが、開口部４２の内面におけるその所定箇所から延在方向Ａに交差する方向に沿って対向する箇所に固定されていればよい。抗力検出部６０の表面６０Ｃと表面６０Ｃの反対側の表面である表面６０Ｄには、力検出素子１７が接着されている。
【００３７】
図４は、第１実施形態に係る抗力検出部の模式図である。図４に示すように、抗力検出部６０は、母材部６２と、抗力ＦＲＰ層６４とを有している。母材部６２は、例えば炭素鋼などの金属製の板状部材である。母材部６２は、延在部２２を加工して開口部４２を設けた際に、母材部６２の部分だけ削らずに残されることで、形成されている。すなわち、母材部６２は、延在部２２と一体の部材である。ただし、母材部６２は、延在部２２と別体の板状部材であり、一方の側面６０Ａと他方の側面６０Ｂとを開口部４２の内面に固定されたものであってもよい。
【００３８】
抗力ＦＲＰ層６４は、母材部６２の表面に設けられている繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｃｔｉｃｓ）の層である。すなわち、抗力ＦＲＰ層６４は、複数の繊維Ｆｉが樹脂で固定されている層である。本実施形態における抗力ＦＲＰ層６４は、炭素繊維強化プラスチックの層であり、繊維Ｆｉは、炭素繊維である。ただし、繊維Ｆｉは、例えばガラス繊維などであってもよい。抗力ＦＲＰ層６４は、母材の樹脂より繊維Ｆｉの強度が高く、繊維Ｆｉの延在方向の強度が高い異方性を有していればよい。本実施形態における抗力ＦＲＰ層６４は、複数の繊維強化プラスチックのシート状部材を複数積層した積層体である。抗力ＦＲＰ層６４は、抗力第１方向層６６Ａと、抗力第２方向層６６Ｂとを有している。
【００３９】
図５Ａは、第１実施形態における抗力第１方向層と抗力第２方向層との模式図である。図５Ａは、抗力第１方向層６６Ａと抗力第２方向層６６Ｂとが、母材部６２に巻き付けられる前のシート状の状態を示している。図５Ａに示すように、抗力第１方向層６６Ａは、複数の繊維Ｆｉが同じ方向に配列して延在する繊維強化プラスチックのシート状部材である。抗力第２方向層６６Ｂは、複数の繊維Ｆｉが同じ方向に配列して延在する繊維強化プラスチックのシート状部材である。すなわち、抗力第１方向層６６Ａと抗力第２方向層６６Ｂとは、異方性を有するＦＲＰシートである。抗力第１方向層６６Ａの繊維Ｆｉが延在する方向は、抗力第２方向層６６Ｂの繊維Ｆｉが延在する方向と異なる。抗力ＦＲＰ層６４は、このシート状の抗力第１方向層６６Ａと抗力第２方向層６６Ｂとを積層した積層体である。図４に示すように、この抗力ＦＲＰ層６４は、方向Ｃを中心軸として、母材部６２に巻き付けられ、母材部６２に対し圧着固定される。また、図４に示すように、抗力ＦＲＰ層６４は、表面が、抗力第２方向層６６Ｂとなっている。
【００４０】
図５Ｂは、第１実施形態における抗力第１方向層と抗力第２方向層との模式図である。図５Ｂは、抗力ＦＲＰ層６４を母材部６２に取付けた際の抗力第１方向層６６Ａと抗力第２方向層６６Ｂとを示している。図５Ｂに示すように、抗力第１方向層６６Ａは、母材部６２に取付けた際、一方の側面６０Ａから他方の側面６０Ｂに向かう方向である抗力第１方向に沿って延在した繊維Ｆｉが、複数配列している。具体的には、抗力第１方向層６６Ａは、方向Ｃに沿って延在している。また、抗力第２方向層６６Ｂは、母材部６２に取付けた際、抗力第１方向（方向Ｃ）に直交する方向である抗力第２方向に沿って延在した繊維Ｆｉが、複数配列している。具体的には、抗力第２方向層６６Ｂは、抗力検出部６０の表面６０Ｃにおいて、複数の繊維Ｆｉが方向Ｂに沿って延在し、抗力検出部６０の側面６７において、複数の繊維Ｆｉが延在方向Ａに沿って延在する。
【００４１】
抗力ＦＲＰ層６４は、抗力第２方向層６６Ｂの積層されている数が、抗力第１方向層６６Ａの積層されている数より多い。すなわち、抗力ＦＲＰ層６４は、抗力第２方向に沿った全ての繊維Ｆｉの長さの合計値（抗力第２方向層６６Ｂの全ての繊維Ｆｉの長さの合計値）が、抗力第１方向に沿った全ての繊維Ｆｉの長さの合計値（抗力第１方向層６６Ａの全ての繊維Ｆｉの長さの合計値）より大きくなっている。また、抗力ＦＲＰ層６４は、表面に向かうに従って、抗力第２方向層６６Ｂの積層数が大きくなっている。例えば、抗力ＦＲＰ層６４を、複数の抗力第１方向層６６Ａと抗力第２方向層６６Ｂとが積層されている表面側の第１積層部と、複数の抗力第１方向層６６Ａと抗力第２方向層６６Ｂとが積層されている母材部６２側の第２積層部とに区分した場合を考える。この場合、抗力第１方向層６６Ａの積層数に対する抗力第２方向層６６Ｂの積層数の割合は、第１積層部の方が第２積層部よりも大きくなっている。言い換えれば、抗力第１方向に沿った全ての繊維Ｆｉの長さの合計値に対する抗力第２方向に沿った全ての繊維Ｆｉの長さの合計値の割合は、第１積層部の方が第２積層部よりも大きくなっている。
【００４２】
（測定方法）
次に、以上のように構成される風洞試験装置１による模型１６に作用する力の測定方法について説明する。風洞試験用天秤２０は、気流Ｗを発生させた際の模型１６に作用する力により、歪みを生じる。多力検出部５０の表面に接着された力検出素子１７は、気流Ｗを発生させた際の多力検出部５０の歪みを検出する。制御装置１８は、多力検出部５０の歪みに基づき、模型１６に作用する横力ＦＹ、揚力ＦＺ、ローリングモーメントＭＸ、ピッチングモーメントＭＹ、及びヨーイングモーメントＭＺを算出する。すなわち、多力検出部５０は、歪みによって、模型１６に作用する抗力ＦＸ以外の複数種類の力（例えばローリングモーメントＭＸなど）を検出する検出部である。そして、多力検出部５０の表面に接着された力検出素子１７は、模型１６に作用する抗力ＦＸ以外の複数種類の力（例えばローリングモーメントＭＸなど）に対応する歪みを検出する検出素子である。
【００４３】
力検出素子１７は、横力ＦＹ、揚力ＦＺ、ローリングモーメントＭＸ、ピッチングモーメントＭＹ、及びヨーイングモーメントＭＺの検出用にそれぞれ設けられている。具体的には、力検出素子１７は、それぞれの力の検出用に４つずつ設けられている。すなわち、力検出素子１７は、合計２０個が、多力検出部５０の表面に接着されている。一つの力を検出するための４つの力検出素子１７は、それぞれを抵抗とするホイートストーンブリッジ回路として接続されており、他の力に対応する歪み成分の影響を低減している。
【００４４】
制御装置１８は、多力検出部５０の延在方向Ａに沿った軸に対する曲げ変形量(曲げ歪み量)、引張変形量（引張歪み量）、及びせん断変形量（せん断歪み量）に基づき、横力ＦＹ、揚力ＦＺ、ピッチングモーメントＭＹ、及びヨーイングモーメントＭＺを算出する。制御装置１８は、多力検出部５０の延在方向Ａに沿った軸に対する捩りの変形量（捩り歪み量）に基づき、ローリングモーメントＭＸを算出する。
【００４５】
また、抗力検出部６０の表面６０Ｃ、６０Ｄにも、力検出素子１７が接着されている。抗力検出部６０に設けられた力検出素子１７は、気流Ｗを発生させた際の抗力検出部６０の歪みを検出する。制御装置１８は、抗力検出部６０の歪みに基づき、模型１６に作用する抗力ＦＸを算出する。すなわち、抗力検出部６０は、歪みによって、模型１６に作用する複数の力のうち、抗力ＦＸのみを検出する検出部である。そして、抗力検出部６０の表面に接着された力検出素子１７は、模型１６に作用する力のうち抗力ＦＸに対応する歪みを検出する検出素子である。
【００４６】
力検出素子１７は、抗力検出部６０の表面６０Ｃ、６０Ｄに合計４つ設けられている。この４つの力検出素子１７は、それぞれを抵抗とするホイートストーンブリッジ回路として接続されており、抗力ＦＸ以外の力に対応する歪み成分の影響を低減している。
【００４７】
制御装置１８は、抗力検出部６０の表面に作用するせん断変形量（せん断歪み量）に基づき、抗力ＦＸを算出する。抗力検出部６０にせん断以外の成分の歪み（例えば曲げ、引張、捩りなど）が生じた場合、力検出素子１７は、その歪みも検出する場合がある。この場合、制御装置１８は、このせん断以外の成分の歪みにも基づき抗力ＦＸを算出するため、抗力ＦＸの測定精度が低下するおそれがある。一方、このせん断以外の歪みを抑制するため、板厚を大きくするなどして剛性を上げた場合、せん断変形量自体も低下し、抗力ＦＸの測定精度が低下するおそれがある。特に、抗力ＦＸ、すなわちせん断変形を及ぼすための力は小さいため、抗力ＦＸの測定精度は低下しやすい。しかし、第１実施形態に係る抗力検出部６０は、抗力ＦＲＰ層６４により、せん断歪みに対する剛性は低く保ったまま、他の歪みに対する剛性を高くしている。これにより、抗力検出部６０は、抗力ＦＸの測定精度の低下を抑制している。以下、図５Ｂを参照に具体的に説明する。
【００４８】
図５Ｂに示すように、抗力検出部６０に作用する方向Ｃを軸としたせん断応力、すなわちせん断歪みを起こす力を、せん断力Ｓ１とする。また、抗力検出部６０に作用する方向Ｃを軸とした引張応力、すなわち引張歪みを起こす力を、引張力Ｓ２とする。また、抗力検出部６０に作用する方向Ｃを軸とした捩り応力、すなわち捩り歪みを起こす力を、捩り力Ｓ３とする。また、抗力検出部６０に作用する方向Ｃを軸とした曲げ応力、すなわち曲げ歪みを起こす力を、曲げ力Ｓ４とする。
【００４９】
図５Ｂに示すように、抗力第１方向層６６Ａは、複数の繊維Ｆｉが、抗力第１方向、すなわち方向Ｃに沿って延在している。従って、抗力第１方向層６６Ａは、繊維Ｆｉを引っ張ろうとする引張力Ｓ２、及び繊維Ｆｉを曲げようとする曲げ力Ｓ４に対して剛性が高くなる。一方、抗力第２方向層６６Ｂは、複数の繊維Ｆｉが、抗力第２方向、すなわち方向Ｃと直交する延在方向Ａ、方向Ｂに沿って延在している。従って、抗力第２方向層６６Ｂは、繊維Ｆｉを曲げようとする捩り力Ｓ３に対して剛性が高くなる。従って、抗力検出部６０は、引張力Ｓ２、捩り力Ｓ３、及び曲げ力Ｓ４に対して剛性が高くなる。なお、引張力Ｓ２と曲げ力Ｓ４に対して剛性が高くなる抗力第１方向層６６Ａは、抗力第２方向層６６Ｂに対して積層数が少ない。ただし、繊維Ｆｉは、引張、曲げに対する強度が高い。従って、抗力検出部６０は、方向Ｃに沿って延在する繊維Ｆｉを有する抗力第１方向層６６Ａを有していれば、その数は少なくても、引張力Ｓ２と曲げ力Ｓ４とに対する剛性を保つことが可能となる。
【００５０】
一方、抗力第２方向層６６Ｂは、せん断力Ｓ１が、繊維Ｆｉ間の樹脂を離そうとする方向に働くため、せん断力Ｓ１に対する剛性は低くなる。抗力検出部６０は、抗力第２方向層６６Ｂの積層数が多い。すなわち、抗力検出部６０は、抗力第１方向（方向Ｃ）に延在する繊維Ｆｉよりも、抗力第２方向（延在方向Ａ、方向Ｂ）に延在する繊維Ｆｉの方が多い。従って、抗力検出部６０は、せん断力Ｓ１に対する剛性を低くすることができる。
【００５１】
このように、抗力検出部６０は、抗力ＦＲＰ層６４により、引張力Ｓ２、捩り力Ｓ３、及び曲げ力Ｓ４に対して剛性が高く、かつ、せん断力Ｓ１に対する剛性を低くする。そのため、抗力検出部６０は、同じ条件で気流Ｗを発生させた際でも、せん断歪みが大きくなり、他の歪みが小さくなる。従って、風洞試験装置１は、小さな力である抗力ＦＸの測定精度の低下を抑制することができる。
【００５２】
図６Ａ及び図６Ｂは、抗力第１方向層と抗力第２方向層との他の例を示す模式図である。第１実施形態に係る抗力第１方向層６６Ａは、複数の繊維Ｆｉが、抗力第１方向、すなわち方向Ｃに沿って延在している。同様に、抗力第２方向層６６Ｂは、複数の繊維Ｆｉが、抗力第２方向、すなわち方向Ｃに垂直な方向に沿って延在している。しかし、図６Ａに示すように、抗力第１方向層６６Ａは、複数の繊維Ｆｉが、抗力第１方向に沿って延在していなくてもよく、抗力第２方向層６６Ｂは、複数の繊維Ｆｉが、抗力第２方向に沿って延在していなくてもよい。図６ＡのベクトルＶ１は、繊維Ｆｉの長さを、抗力第１方向、すなわち方向Ｃに沿ったベクトル成分に分解したベクトルである。図６ＡのベクトルＶ２は、繊維Ｆｉの長さを、抗力第２方向、すなわち方向Ｃに直交する方向のベクトル成分に分解したベクトルである。抗力ＦＲＰ層６４は、繊維Ｆｉが異なる方向に延在する抗力第１方向層６６Ａと抗力第２方向層６６Ｂとを有しており、抗力ＦＲＰ層６４内の全ての繊維ＦｉのベクトルＶ２の合計値が、抗力ＦＲＰ層６４内の全ての繊維ＦｉのベクトルＶ１の合計値より大きければよい。抗力ＦＲＰ層６４内の全ての繊維ＦｉのベクトルＶ２の合計値が、ベクトルＶ１の合計値より大きい場合、抗力ＦＲＰ層６４は、引張力Ｓ２、捩り力Ｓ３、及び曲げ力Ｓ４に対して剛性が高く、かつ、せん断力Ｓ１に対する剛性を低くすることができる。
【００５３】
また、図６Ｂに示すように、抗力ＦＲＰ層６４は、抗力第１方向層６６Ａと抗力第２方向層６６Ｂとの互いに異なる層を有さず、一種類のＦＲＰ層６６が複数積層されていてもよい。ＦＲＰ層６６は、同じ方向に延在する複数の繊維ＦｉＡと、繊維ＦｉＡと異なる方向に延在する複数の繊維ＦｉＢとを有している。また、ＦＲＰ層６６は、同じ方向に延在する複数の繊維ＦｉＡのみを有していてもよい。この場合でも、抗力ＦＲＰ層６４は、抗力ＦＲＰ層６４内の全ての繊維ＦｉのベクトルＶ２の合計値が、抗力ＦＲＰ層６４内の全ての繊維ＦｉのベクトルＶ１の合計値より大きければよい。また、抗力ＦＲＰ層６４は、ＦＲＰ層６６が単層であってもよい。
【００５４】
以上説明したように、第１実施形態に係る風洞試験用天秤２０は、風洞１０内に設けられた模型１６に作用する複数方向からの力をそれぞれ検出する。風洞試験用天秤２０は、延在部２２と、模型取付部３０と、風洞固定部３２と、開口部４２と、抗力検出部６０とを有する。延在部２２は、抗力ＦＸが働く方向Ｘに沿った延在方向Ａに延在する。模型取付部３０は、延在部２２の一方の端部に設けられ、模型１６に固定される。風洞固定部３２は、延在部２２の他方の端部に設けられ、風洞１０に対して固定される。開口部４２は、模型取付部３０と風洞固定部３２との間であって、延在部２２の側面４１に設けられる。抗力検出部６０は、開口部４２の内部に設けられる板状部材である。抗力検出部６０は、一方の側面６０Ａが、開口部４２の内面の所定箇所に固定され、他方の側面６０Ｂが、開口部４２の内面における所定箇所から延在方向Ａに交差する方向に沿って対向する箇所に固定され、繊維強化プラスチックの層である抗力ＦＲＰ層６４が表面に設けられる。ここで、抗力ＦＲＰ層６４内の繊維Ｆｉの長さを、一方の側面６０Ａから他方の側面６０Ｂに向かう方向である抗力第１方向のベクトル成分Ｖ１と、抗力第１方向に直交する抗力第２方向のベクトル成分Ｖ２とに分解する。抗力ＦＲＰ層６４は、抗力ＦＲＰ層６４内の全ての繊維Ｆｉのベクトル成分Ｖ２の合計値が、ベクトル成分Ｖ１の合計値より大きくなる。
【００５５】
この風洞試験用天秤２０は、抗力ＦＲＰ層６４内の全ての繊維ＦｉのベクトルＶ２の合計値が、抗力ＦＲＰ層６４内の全ての繊維ＦｉのベクトルＶ１の合計値より大きい。従って、この風洞試験用天秤２０は、引張力Ｓ２、捩り力Ｓ３、及び曲げ力Ｓ４に対して剛性が高く、かつ、せん断力Ｓ１に対する剛性を低くすることができる。そのため、この風洞試験用天秤２０は、小さい力である抗力ＦＸの測定精度の低下を抑制することができる。
【００５６】
また、抗力ＦＲＰ層６４は、繊維Ｆｉが抗力第１方向に延在する抗力第１方向層６６Ａと、繊維Ｆｉが抗力第２方向に延在する抗力第２方向層６６Ｂとが積層されている。抗力第２方向層６６Ｂの積層数は、抗力第１方向層６６Ａの積層数よりも多い。この抗力ＦＲＰ層６４は、抗力第２方向層６６Ｂの繊維Ｆｉの長さの合計値は、抗力第１方向層６６Ａの繊維Ｆｉの長さの合計値よりも大きい。従って、この風洞試験用天秤２０は、引張力Ｓ２、捩り力Ｓ３、及び曲げ力Ｓ４に対して剛性が高く、かつ、せん断力Ｓ１に対する剛性を低くすることができる。そのため、この風洞試験用天秤２０は、小さい力である抗力ＦＸの測定精度の低下を、より好適に抑制することができる。
【００５７】
また、抗力検出部６０は、金属製の板状部材である母材部６２を更に有し、母材部６２の表面に抗力ＦＲＰ層６４を設ける。この抗力検出部６０は、母材部６２を有しているため、小さい力である抗力ＦＸの測定精度の低下を、より好適に抑制することができる。ただし、抗力検出部６０は、母材部６２を有さず、抗力ＦＲＰ層６４のみを有していてもよい。
【００５８】
また、第１実施形態に係る風洞試験装置１は、風洞試験用天秤２０と、力検出素子１７と、制御装置１８（制御部）とを有する。力検出素子１７は、抗力検出部６０の表面、すなわち抗力ＦＲＰ層６４の表面に接着されて、抗力検出部６０の歪みを検出する。制御装置１８は、力検出素子１７の検出結果に基づき、抗力ＦＸを算出する。この風洞試験装置１は、風洞試験用天秤２０を用いるため、小さい力である抗力ＦＸの測定精度の低下を抑制することができる。
【００５９】
また、風洞試験用天秤２０は、延在部２２に設けられて、延在方向Ａに沿った一方の端部及び他方の端部が延在部２２に対して固定されている多力検出部５０を更に有する。力検出素子１７は、多力検出部５０の表面にも接着されて、多力検出部５０の歪みを検出する。制御装置１８は、多力検出部５０に接着された力検出素子１７の検出結果に基づき、模型１６に作用する抗力ＦＸ以外の力を算出する。この風洞試験装置１は、抗力検出部６０で抗力ＦＸを検出し、抗力検出部６０とは異なる箇所の多力検出部５０で抗力ＦＸ以外の力を検出する。従って、この風洞試験装置１は、模型１６に作用する力の測定精度の低下を抑制することができる。なお、本実施形態における多力検出部５０は、抗力ＦＸ以外の複数種類の力を検出するが、力検出部として、抗力ＦＸ以外の少なくとも１種類の力を検出してもよい。
【００６０】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る風洞試験用天秤２０ａは、多力検出部５０ａに繊維プラスチックの層が設けられている点で、第１実施形態と異なる。第２実施形態において第１実施形態と構成が共通する箇所は、説明を省略する。
【００６１】
図７は、第２実施形態に係る風洞試験用天秤の模式図である。図７に示すように、第２実施形態に係る風洞試験用天秤２０ａは、多力検出部５０Ａａ、５０Ｂａと、抗力検出部６０ａとを有する。抗力検出部６０ａは、開口部４２の内部に設けられる板状部材である。抗力検出部６０ａは、炭素鋼などの金属製の板状部材であり、第１実施形態とは異なり抗力ＦＲＰ層６４を有さない。抗力検出部６０ａの開口部４２への固定のされ方は、第１実施形態と同様である。
【００６２】
多力検出部５０Ａａは、模型取付部３０と開口部４２との間に設けられており、延在方向Ａに沿って延在する。多力検出部５０Ａは、延在方向Ａに沿った一方の端部５１Ａａが延在部２２の模型取付部３０側に固定されており、他方の端部５２Ａａが延在部２２の開口部４２側に固定されている。多力検出部５０Ｂａは、開口部４２と風洞固定部３２との間に設けられており、延在方向Ａに沿って延在する。多力検出部５０Ｂａは、延在方向Ａに沿った一方の端部５１Ｂａが延在部２２の開口部４２側に固定されており、他方の端部５２Ｂａが延在部２２の風洞固定部３２側に固定されている。なお、本実施形態では、多力検出部５０Ａａと多力検出部５０Ｂａとが設けられているが、多力検出部５０Ａａと多力検出部５０Ｂａとのいずれか一方だけが設けられていてもよい。以下、多力検出部５０Ａａと多力検出部５０Ｂａとを区別しない場合、多力検出部５０ａと記載する。また、多力検出部５０ａの一方の端部は、一方の端部５１ａと記載し、他方の端部は、他方の端部５２ａと記載する。
【００６３】
図８は、第２実施形態に係る多力検出部の模式図である。図８に示すように、多力検出部５０ａは、母材部７２と、多力ＦＲＰ層７４とを有している。母材部７２は、例えば炭素鋼などの金属製の板状部材である。母材部７２は、延在部２２に対し、母材部７２の部分だけ幅を小さく加工することで、形成されている。すなわち、母材部７２は、延在部２２と一体の部材である。ただし、母材部７２は、延在部２２と別体の部材であり、延在方向Ａに沿った一方の端部と他方の端部とを、延在部２２に固定したものであってもよい。
【００６４】
多力ＦＲＰ層７４は、母材部７２の表面に設けられている繊維強化プラスチックの層である。本実施形態における多力ＦＲＰ層７４は、炭素繊維強化プラスチックの層であり、繊維Ｆｉは、炭素繊維である。ただし、繊維Ｆｉは、例えばガラス繊維などであってもよい。多力ＦＲＰ層７４は、母材の樹脂より繊維Ｆｉの強度が高く、繊維Ｆｉの延在方向の強度が高い異方性を有していればよい。本実施形態における多力ＦＲＰ層７４は、複数の繊維強化プラスチックのシート状部材を複数積層した積層体である。多力ＦＲＰ層７４は、多力第１方向層７６Ａと、多力第２方向層７６Ｂとを有している。
【００６５】
図９Ａは、第２実施形態における多力第１方向層と多力第２方向層との模式図である。図９Ａは、多力第１方向層７６Ａと多力第２方向層７６Ｂとが、母材部７２に巻き付けられる前のシート状の状態を示している。図９Ａに示すように、多力第１方向層７６Ａは、複数の繊維Ｆｉが同じ方向に配列して延在する繊維強化プラスチックのシート状部材である。多力第２方向層７６Ｂは、複数の繊維Ｆｉが同じ方向に配列して延在する繊維強化プラスチックのシート状部材である。多力第１方向層７６Ａの繊維Ｆｉが延在する方向は、多力第２方向層７６Ｂの繊維Ｆｉが延在する方向と異なる。多力ＦＲＰ層７４は、このシート状の多力第１方向層７６Ａと多力第２方向層７６Ｂとを積層した積層体である。図８に示すように、この多力ＦＲＰ層７４は、延在方向Ａを中心軸として、母材部７２に巻き付けられ、母材部７２に対し圧着固定される。また、図８に示すように、多力第１方向層７６Ａは、表面が、多力第１方向層７６Ａとなっている。
【００６６】
図９Ｂは、第２実施形態における多力第１方向層と多力第２方向層との模式図である。図９Ｂは、多力ＦＲＰ層７４を母材部７２に取付けた際の多力第１方向層７６Ａと多力第２方向層７６Ｂとを示している。図９Ｂに示すように、多力第１方向層７６Ａは、母材部７２に取付けた際、一方の端部５１ａから他方の端部５２ａに向かう方向である多力第１方向に沿って延在した繊維Ｆｉが、複数配列している。具体的には、多力第１方向層７６Ａは、複数の繊維Ｆｉが、延在方向Ａに沿って延在している。また、多力第２方向層７６Ｂは、母材部７２に取付けた際、多力第１方向（延在方向Ａ）に直交する方向である多力第２方向に沿って延在した繊維Ｆｉが、複数配列している。具体的には、多力第２方向層７６Ｂは、多力検出部５０ａの側面７７において、複数の繊維Ｆｉが方向Ｃに沿って延在し、多力検出部５０ａの側面７８において、複数の繊維Ｆｉが方向Ｂに沿って延在する。
【００６７】
多力ＦＲＰ層７４は、多力第１方向層７６Ａの積層されている数が、多力第２方向層７６Ｂの積層されている数より多い。従って、多力ＦＲＰ層７４は、多力第１方向に沿った全ての繊維Ｆｉの長さの合計値（多力第１方向層７６Ａの繊維Ｆｉの長さの合計値）が、多力第２方向に沿った全ての繊維Ｆｉの長さの合計値（多力第２方向層７６Ｂの繊維Ｆｉの長さの合計値）より大きくなっている。また、多力ＦＲＰ層７４は、表面に向かうに従って、多力第１方向層７６Ａの積層数が大きくなっている。例えば、多力ＦＲＰ層７４を、複数の多力第１方向層７６Ａと多力第２方向層７６Ｂとが積層されている表面側の第１積層部と、複数の多力第１方向層７６Ａと多力第２方向層７６Ｂとが積層されている母材部７２側の第２積層部とに区分した場合を考える。この場合、多力第２方向層７６Ｂの積層数に対する多力第１方向層７６Ａの積層数の割合は、第１積層部の方が第２積層部よりも大きくなっている。言い換えれば、多力第２方向に沿った全ての繊維Ｆｉの長さの合計値に対する多力第１方向に沿った全ての繊維Ｆｉの長さの合計値の割合は、第１積層部の方が第２積層部よりも大きくなっている。
【００６８】
ここで、上述のように、制御装置１８は、多力検出部５０ａの延在方向Ａに沿った軸に対する曲げ変形量(曲げ歪み量)、引張変形量（引張歪み量）、及びせん断変形量（せん断歪み量）に基づき、横力ＦＹ、揚力ＦＺ、ピッチングモーメントＭＹ、及びヨーイングモーメントＭＺを算出する。制御装置１８は、多力検出部５０の延在方向Ａに沿った軸に対する捩りの変形量（捩り歪み量）に基づき、ローリングモーメントＭＸを算出する。ローリングモーメントＭＸは、すなわち多力検出部５０ａで検出する他の力よりも、力が小さい。
【００６９】
図９Ｂに示すように、多力第１方向層７６Ａは、複数の繊維Ｆｉが、多力第１方向、すなわち延在方向Ａに沿って延在している。従って、多力第１方向層７６Ａは、繊維Ｆｉを引っ張ろうとする引張力Ｓ２、及び繊維Ｆｉを曲げようとするせん断力Ｓ１、及び曲げ力Ｓ４に対して剛性が高くなる。また、多力第１方向層７６Ａは、層同士、すなわち、積層されている多力第１方向層７６Ａと他の層とを引き離す方向に、捩り力Ｓ３が作用する。従って、多力第１方向層７６Ａは、捩り力Ｓ３に対する剛性が低くなる。
【００７０】
このように、多力検出部５０ａは、多力ＦＲＰ層７４が有する多力第１方向層７６Ａにより、せん断力Ｓ１、引張力Ｓ２、及び曲げ力Ｓ４に対する剛性を高くし、かつ、捩り力Ｓ３に対する剛性を低くする。そのため、多力検出部５０ａは、同じ条件で気流Ｗを発生させた際でも、捩り歪みが大きくなり、他の歪みが小さくなる。従って、風洞試験装置１は、捩り歪みによって測定される小さな力であるローリングモーメントＭＸの測定精度の低下を抑制することができる。
【００７１】
なお、多力ＦＲＰ層７４は、多力第１方向層７６Ａに加え多力第２方向層７６Ｂも有している。多力第２方向層７６Ｂは、せん断力Ｓ１、引張力Ｓ２、捩り力Ｓ３、及び曲げ力Ｓ４に対する剛性を調整するために積層される。ただし、多力ＦＲＰ層７４は、多力第２方向層７６Ｂを有さなくてもよい。
【００７２】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、多力第１方向層と多力第２方向層との他の例を示す模式図である。第２実施形態に係る多力第１方向層７６Ａは、複数の繊維Ｆｉが、多力第１方向、すなわち延在方向Ａに沿って延在している。同様に、多力第２方向層７６Ｂは、複数の繊維Ｆｉが、多力第２方向、すなわち延在方向Ａに垂直な方向に沿って延在している。しかし、図１０Ａに示すように、多力第１方向層７６Ａは、複数の繊維Ｆｉが、多力第１方向に沿って延在していなくてもよく、多力第２方向層７６Ｂは、複数の繊維Ｆｉが、多力第２方向に沿って延在していなくてもよい。図１０ＡのベクトルＶ１ａは、繊維Ｆｉの長さを、多力第１方向、すなわち延在方向Ａに沿ったベクトル成分に分解したベクトルである。図１０ＡのベクトルＶ２ａは、繊維Ｆｉの長さを、多力第２方向、すなわち延在方向Ａに直交する方向のベクトル成分に分解したベクトルである。多力ＦＲＰ層７４は、多力ＦＲＰ層７４内の全ての繊維ＦｉのベクトルＶ１ａの合計値が、多力ＦＲＰ層７４内の全ての繊維ＦｉのベクトルＶ２ａの合計値より大きければよい。多力ＦＲＰ層７４内の全ての繊維ＦｉのベクトルＶ１ａの合計値が、ベクトルＶ２ａの合計値より大きい場合、多力ＦＲＰ層７４は、せん断力Ｓ１、引張力Ｓ２、及び曲げ力Ｓ４に対する剛性を高くし、かつ、捩り力Ｓ３に対する剛性を低くすることができる。
【００７３】
また、図１０Ｂに示すように、多力ＦＲＰ層７４は、多力第１方向層７６Ａと多力第２方向層７６Ｂとの互いに異なる層を有さず、一種類のＦＲＰ層７６が複数積層されていてもよい。ＦＲＰ層７６は、同じ方向に延在する複数の繊維ＦｉＡａと、繊維ＦｉＡａと異なる方向に延在する複数の繊維ＦｉＢａとを有している。また、ＦＲＰ層７６は、同じ方向に延在する複数の繊維ＦｉＡのみを有していてもよい。この場合でも、多力ＦＲＰ層７４は、多力ＦＲＰ層７４内の全ての繊維ＦｉのベクトルＶ１ａの合計値が、多力ＦＲＰ層７４内の全ての繊維ＦｉのベクトルＶ２ａの合計値より大きければよい。また、多力ＦＲＰ層７４は、ＦＲＰ層６６が単層であってもよい。
【００７４】
以上説明したように、第２実施形態に係る風洞試験用天秤２０ａは、風洞１０内に設けられた模型１６に作用する複数方向からの力をそれぞれ検出する。風洞試験用天秤２０は、延在部２２と、模型取付部３０と、風洞固定部３２と、多力検出部５０ａとを有する。多力検出部５０ａは、延在部２２に設けられて、延在方向Ａに沿った一方の端部５１ａ及び他方の端部５２ａが延在部２２に対して固定されており、繊維強化プラスチックの層である多力ＦＲＰ層７４を表面に有する。ここで、多力ＦＲＰ層７４内の繊維Ｆｉの長さを、延在方向Ａに沿った方向である多力第１方向のベクトル成分Ｖ１ａと、多力第１方向に直交する多力第２方向のベクトル成分Ｖ２ａとに分解する。多力ＦＲＰ層７４は、多力ＦＲＰ層７４内の全ての繊維Ｆｉのベクトル成分Ｖ１ａの合計値が、ベクトル成分Ｖ２ａの合計値より大きくなる。
【００７５】
この風洞試験用天秤２０ａは、多力ＦＲＰ層７４内の全ての繊維ＦｉのベクトルＶ１ａの合計値が、多力ＦＲＰ層７４内の全ての繊維ＦｉのベクトルＶ２ａの合計値より大きい。従って、この風洞試験用天秤２０ａは、せん断力Ｓ１、引張力Ｓ２、及び曲げ力Ｓ４に対して剛性が高く、かつ、捩り力Ｓ３に対する剛性を低くすることができる。そのため、この風洞試験用天秤２０ａは、小さい力であるローリングモーメントＭＸの測定精度の低下を抑制することができる。
【００７６】
多力ＦＲＰ層７４は、繊維Ｆｉが多力第１方向に延在する多力第１方向層７６Ａと、繊維Ｆｉが多力第２方向に延在する多力第２方向層７６Ｂとが積層されている。多力第１方向層７６Ａの繊維Ｆｉの長さの合計値は、多力第２方向層７６Ｂの繊維Ｆｉの長さの合計値よりも大きい。この多力ＦＲＰ層７４は、多力第１方向に延在する繊維Ｆｉの合計長さの方が長いため、せん断力Ｓ１、引張力Ｓ２、及び曲げ力Ｓ４に対して剛性が高く、かつ、捩り力Ｓ３に対する剛性を低くすることができる。そのため、この多力ＦＲＰ層７４は、小さい力であるローリングモーメントＭＸの測定精度の低下をより好適に抑制することができる。
【００７７】
多力検出部５０ａは、金属製の部材である母材部７２を更に有し、母材部７２の表面に多力ＦＲＰ層７４を設ける。この多力検出部５０ａは、母材部７２を有しているため、小さい力であるローリングモーメントＭＸの測定精度の低下を、より好適に抑制することができる。ただし、多力検出部５０ａは、母材部７２を有さず、多力ＦＲＰ層７４のみを有していてもよい。
【００７８】
第２実施形態に係る風洞試験装置１は、風洞試験用天秤２０ａと、力検出素子１７と、制御装置１８（制御部）とを有する。力検出素子１７は、多力検出部５０ａの表面、すなわち多力ＦＲＰ層７４の表面に接着されて、多力検出部５０ａの歪みを検出する。制御装置１８は、力検出素子１７の検出結果に基づき、ローリングモーメントＭＸを算出する。この風洞試験装置１は、風洞試験用天秤２０を用いるため、小さい力であるローリングモーメントＭＸの測定精度の低下を抑制することができる。
【００７９】
また、風洞試験用天秤２０ａは、開口部４２の内部に設けられる板状部材であって、一方の側面が、開口部４２の内面の所定箇所に固定され、他方の側面が、開口部４２の内面におけるその所定箇所から延在方向Ａに交差する方向に沿って対向する箇所に固定される抗力検出部６０ａを更に有する。力検出素子１７は、抗力検出部６０ａの表面にも接着されて、抗力検出部６０ａの歪みを検出する。制御装置１８は、抗力検出部６０ａに接着された力検出素子１７の検出結果に基づき、模型１６に作用する抗力ＦＸを算出する。この風洞試験装置１は、抗力検出部６０ａで抗力ＦＸを検出し、抗力検出部６０とは異なる箇所の多力検出部５０ａでローリングモーメントＭＸを検出する。従って、この風洞試験装置１は、模型１６に作用する力の測定精度の低下を抑制することができる。
【００８０】
なお、風洞試験用天秤２０ａは、抗力検出部６０ａの代わりに、第１実施形態に係る抗力検出部６０を有していてもよい。この場合、風洞試験用天秤２０ａは、小さい力である抗力ＦＸとローリングモーメントＭＸとの両方の測定精度の低下を抑制することができる。
【００８１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態の内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００８２】
１  風洞試験装置
１０  風洞
１２  ストラット
１４  スティング
１６  模型
１７  力検出素子
１８  制御装置
２０、２０ａ  風洞試験用天秤
２２  延在部
３０  模型取付部
３２  風洞固定部
４２  開口部
５０、５０ａ  多力検出部
６０  抗力検出部
６２  母材部
６４  抗力ＦＲＰ層
６６Ａ  抗力第１方向層
６６Ｂ  抗力第２方向層
７２  母材部
７４  多力ＦＲＰ層
７６Ａ  多力第１方向層
７６Ｂ  多力第２方向層
Ａ  延在方向
Ｂ、Ｃ、Ｘ、Ｙ、Ｚ  方向
Ｆｉ  繊維
ＦＸ  抗力
ＦＹ  横力
ＦＺ  揚力
ＭＸ  ローリングモーメント
ＭＹ  ピッチングモーメント
ＭＺ  ヨーイングモーメント
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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