(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物体が配置される測定室と、この測定室の外側に測定室と連通して設けられたプレナム室と、気体の速度を加速して前記測定室に流通させる流体加速手段と、前記プレナム室に流れ込んだ気体をプレナム室の外部に吸引するプレナム吸引手段とを具備し、前記プレナム吸引手段が真空タンクであり、前記流体加速手段および前記プレナム吸引手段が連通されているとともに、これら２つの手段はともに１台の真空ポンプによって真空引きされることを特徴とする衝撃式風洞装置。  
【請求項２】
前記プレナム室に連通してこのプレナム室の下流側にトラバース室を設け、このトラバース室と前記プレナム室との間に、前記プレナム室から前記トラバース室へ流れる気体の流量を調節するダンパを設けたことを特徴とする請求項１に記載の衝撃式風洞装置。  
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物体として、例えば、各種流体機械や、あるいは飛行機や宇宙ロケットなどの各種飛翔体などの風洞実験に用いられる衝撃式の風洞装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
風洞実験に用いられる風洞装置には、例えば、被測定物体が配置されている測定室内に流れ込む気体が通過する上流側通路と、測定室内から流れ出た気体が通過する下流側通路とが、環状の通路を形成するように接続された、いわゆる連続式風洞装置と呼ばれるものがある。この連続式風洞装置においては、前記環状通路内の所定の位置に大型の送風機が設置されている。前記環状通路内の気体が、前記測定室内に所定の向きから流れ込むように前記大型送風機を連続運転することにより、前記環状通路内の気体は、環状通路内を一定の方向に連続して循環流通できる。気体が前記環状通路内を循環流通する速度は、前記大型送風機の送風力を変化させることにより、所定の大きさに設定できる。また、前記被測定物体に吹き付ける気体の流速は、前記測定室の上流側に設置されているノズルの絞り部（スロート部）の径の大きさを変化させることにより、所定の大きさに設定できる。
【０００３】
また、前述した連続式とは異なる構成からなる風洞装置としては、例えば、測定室の上流側に貯められている気体を、測定室の下流側に設置されているとともに、予め真空引きされている真空槽を用いて、極短時間のうちに急激に吸引する、いわゆる衝撃式風洞装置と呼ばれるものがある。この衝撃式風洞装置においては、高圧力側としての測定室の上流側から、低圧力側としての測定室の下流側、すなわち真空槽側へ向けて、前記測定室内に配置されている被測定物体に高速の気流を吹き付けるのと同様の効果を得ることができる。前記被測定物体に吹き付ける気体の流速は、測定室の上流側に貯められている気体の圧力、前記被測定物体の上流側に設置されているノズルの絞り部における径の大きさ、および真空槽内の圧力（真空度）などを、それぞれ互いに独立に変化させることにより、所定の大きさに設定できる。この衝撃式風洞装置が発生する測定実験に用いることができる気流の持続時間は、一般には、おおよそ１秒程度である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述した連続式風洞装置においては、一度測定室を通過した気体を繰り返して何度も使用することができるが、気体を連続循環させるためには前述した大型送風機を連続運転させる必要があり、そのランニングコストが高い。また、音速に近い速度から音速を大きく超える速度までを含む高速の気体の流れを再現できる風洞装置に用いられる大型送風機は高価である。それとともに、そのような大型送風機を備えた風洞装置は、その建設費や、あるいは修理や保全などに掛かるメンテナンス費などが膨大なものとなるおそれがある。さらに、大型送風機を設置するスペースの確保も困難である。
【０００５】
また、この連続式風洞装置において、測定室に流れ込む気体の流速を、例えば、そのマッハ数（流速／音速）がおよそ０．８５〜１．２０程度の、いわゆる遷音速領域に設定する。この場合、そのような流速に加速された気流が測定室内において被測定物体に衝突すると、この被測定物体と測定室の壁部との間で互いに反射を繰り返すような衝撃波が生じる。この衝撃波は、風洞実験の物理量の測定結果に無視できない測定誤差を与えるおそれがある。また、測定室内において、例えば、流速が遷音速領域に設定された気流の向きに対する被測定物体の長手方向の傾きが大きくなると、気流の向きに直交する面への投影面積が大きくなる。すると、この連続式風洞装置内において気流の最小流路面積となっているノズルの絞り部における内部通路の断面積に対して、被測定物体の周りを流れる気体の流路面積が小さくなる。すなわち、測定室内から測定室外に流出する気体の流れが妨げられる。これにより、実験者が所望する精度を満たす測定結果を得るために、最も高い精度の速度設定が要求される被測定物体の周りの気体の流速が、予め設定した所定の遷音速に達しないおそれがある。
【０００６】
このような測定結果に支障をきたすおそれのある衝撃波を除去したり、あるいは被測定物体の姿勢に拘らず、その周りを気体が円滑に流れるようにするためには、例えば、いわゆるプレナム吸引を行う方法が用いられる。このプレナム吸引を行うためには、測定室の壁部を通気性の高い多孔性の材質で形成する。この多孔性壁部を隔てて、測定室をその外側から覆うように、プレナム室と呼ばれる空室を設ける。このプレナム室の外壁部に、プレナム室内部と連通している排気管を取り付ける。このような構成において、測定室からプレナム室内に多孔性壁部を介し流れ込んだ気体を、前記排気管を通してプレナム室の外部に吸引して排気する。排気管の通気路上には、所定の排気手段が設けられており、この排気手段を作動させることにより、プレナム室内の気体を吸い出してプレナム室の外部に排気する、いわゆるプレナム吸引を行う。このプレナム吸引を行うことにより、測定室内で発生した衝撃波や乱流などを、その媒質である気体とともに多孔性壁部を通過させてプレナム室内に吸い込む。さらに、このプレナム室内の気体を排気管を通してプレナム室の外部に排気する。これにより、測定室内からプレナム室内へ積極的に気体を逃がして、測定室内の気流をながれ易くできる。特に被測定物体の周りにおいて、実験者が所望する気流状態を略正確に再現することができるようになり、精度の高い風洞実験を行うことができる。すなわち、この連続式風洞装置の実験者は、精度の高い測定結果を得ることができる。
【０００７】
しかし、この連続式風洞装置においては、前記大型送風機による循環気流の発生能力および持続能力を低下させることなくプレナム吸引を行うために、前記大型送風機に加えて、さらに、排気手段としてプレナム吸引専用の補助送風機を取り付けるのが一般的である。この補助送風機には、測定室内において遷音速の気流を円滑に流し続けるために、前記大型送風機に準じた動力性能（送風能力）を有するものを用いる必要がある。このため、連続式風洞装置のランニングコストがさらに高くなるとともに、補助送風機の取り付けに伴う設備費や、あるいはそのメンテナンス費などが高騰する。また、この連続式風洞装置に、さらに補助送風機を取り付けるための設置スペースが必要となるので、その設置スペースの確保がより困難となる。
【０００８】
前述した衝撃式風洞装置においては、連続式風洞装置に対して、風洞装置のランニングコストなどを抑制できるとともに、省スペースで建設できる。ところが、この衝撃式風洞装置が発生できる測定実験に用いることができる気流の速度は、そのマッハ数が４以上の極超音速の領域や、あるいはそのマッハ数が１．４〜４未満の超音速の領域である。マッハ数が遷音速領域の流速に設定された、測定実験に用いることができる気流を発生できる衝撃式風洞装置は存在しない。また、気流持続時間が理論上無制限である連続式風洞装置に対して、衝撃式風洞装置は、その測定室に流れる気体の流量が測定室の上流側に貯められている気体の量、および真空槽の内部容積に依存するので、気流持続時間も極短時間に制限される。
【０００９】
よって、本発明が解決しようとする第１の課題は、流速を任意の速度領域に設定できるとともに、低コストでコンパクトな衝撃式風洞装置を得ることにある。
【００１０】
また、本発明が解決しようとする第２の課題は、気流持続時間を調節できる衝撃式風洞装置を得ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記第１の課題を解決するために、本発明に係る衝撃式風洞装置は、被測定物体が配置される測定室と、この測定室の外側に測定室と連通して設けられたプレナム室と、気体の速度を加速して前記測定室に流通させる流体加速手段と、前記プレナム室に流れ込んだ気体をプレナム室の外部に吸引するプレナム吸引手段とを具備し、前記プレナム吸引手段が真空タンクであり、前記流体加速手段および前記プレナム吸引手段が連通されているとともに、これら２つの手段はともに１台の真空ポンプによって真空引きされることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明を実施するにあたり、前記第２の課題を解決するために、前記プレナム室に連通してこのプレナム室の下流側にトラバース室を設け、このトラバース室と前記プレナム室との間に、前記プレナム室から前記トラバース室へ流れる気体の流量を調節するダンパを設けた構成とするとよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態に係る衝撃式風洞装置１を、図１〜図４を参照しつつ説明する。
【００１８】
本実施形態の衝撃式風洞装置１は、被測定物体２が配置される測定室３と、この測定室３の外側に連通して設けられたプレナム室４と、気体の速度を加速して測定室３に流通させる流体加速手段５と、プレナム室４に流れ込んだ気体をプレナム室４の外部に吸引するプレナム吸引手段６とを具備している。
【００１９】
この衝撃式風洞装置１においては、図１に示すように、その内部を流れる気体の流れに沿って、その上流側から下流側に向かって、風洞実験に用いられる気体としての乾燥空気が貯えられる乾燥空気室７、この乾燥空気室７の下流側に連通して設置され、乾燥空気室７から測定室３に流れ込む乾燥空気の流速調節を行うためのラバーノズル８、このラバーノズル８を通過して所定の速度に設定された乾燥空気の気流が吹き付けられる測定室３、この測定室３内に配置される被測定物体としての飛翔体模型２の位置や、あるいその姿勢などの配置状態を調節するトラバース室９、このトラバース室９から上流側の各室等と、それらの内部に貯えられている空気を吸引する流体加速手段５とを連通したり、あるいは遮断したりする無隔膜急速開閉弁１０、この無隔膜急速開閉弁１０の下流側に連通されて設けられており、球形状に形成されている第２測定室１１、この第２測定室１１と流体加速手段５とを連通する吸引胴１２、および流体加速手段としての加速用真空タンク５の順番に設置されている。加速用真空タンク５は、後述するプレナム吸引手段６とともに、１台の真空ポンプ１３によって真空に引かれる。
【００２０】
乾燥空気室７は、図１に示すように、気体乾燥装置１４を介してトラバース室９と連通されている。この気体乾燥装置１４は、トラバース室９に、その内部と連通して設けられている第１排気管１５、この第１排気管１５の通気路上に設置され、トラバース室９内に流れ込んだ空気を乾燥空気室７側に向けて循環流通させる送風機１６、この送風機１６によって循環流通される空気を脱湿装置１７に導く第２排気管１８、この第２排気管１８を経てトラバース室９内から送り込まれた空気を乾燥させる脱湿装置１７、この脱湿装置１７によって乾燥させられた乾燥空気を乾燥空気室７内に導く乾燥空気供給管１９などから構成されている。
【００２１】
このような構成からなる気体乾燥装置１４によれば、例えば、後述する風洞実験を行う前に送風機１６および脱湿装置１７を作動させることにより、風洞実験に使用する空気を、風洞実験の測定結果に重大な誤差を生じさせない程度に乾燥できる。具体的には、高速度に加速された空気が、乾燥空気室７内から、狭いラバーノズル８を通過して広い測定室３内に急激に流れ込む。すると、この測定室３内に勢いよく流れ込んだ空気が断熱膨張を起こして、空気中に含まれている水分が結露する。この結露した水分により衝撃波（比較的弱い）が発生し、測定室３内の空気の流れ場に影響を及ぼすおそれがある。あるいは、測定室３内において生じた結露が、測定室３内に取り付けられている図示しない各種センサなどの正常な作動を妨げるおそれがある。気体乾燥装置１４を通過した空気は、以上説明したようなおそれを生じさせない程度まで乾燥される。また、この気体乾燥装置１４に用いられている送風機１６は、空気を風洞実験用に高速に加速する必要はないので、出力の低い小型のもので十分である。よって、この衝撃式風洞装置１に送風機１６を取り付けることにより、そのランニングコストや建設費などの高騰を招いたり、あるいはその設置スペースの確保が困難になるなどのおそれは殆どない。
【００２２】
乾燥空気室７内に貯えられた乾燥空気は、ラバーノズル８を通過して測定室３内に流れ込む。ラバーノズル８は、その内部通路８ａの軸方向中央部分に設けられている絞り部（スロート部）８ｂの径の大きさを変化させることにより、乾燥空気室７内から測定室３内に流れ込む乾燥空気の流速を所定の速度に調節して設定できる。
【００２３】
測定室３内には、図１および図２に示すように、後述するトラバース室９内に設置されているトラバース装置２０によって支持されている飛翔体模型２が配置されている。この測定室３の壁部３ａは、空気の波動を吸収し易い材質で形成されている。それとともに、この測定室３の壁部３ａは、この壁部３ａを通して測定室３の内部から外部へ、空気が容易に通過できる大きさに形成されている通気孔２１が多数個設けられている多孔性の材料で形成されている。これにより、例えば、流速を遷音速領域の所定の速度に設定された乾燥空気の流れが、測定室３内において飛翔体模型２と衝突することにより発生する衝撃波を、その媒質である乾燥空気ごと測定室３内から後述するプレナム室４内へ逃がすことができる。また、このプレナム室４内に流れ込んだ空気は、後述するプレナム吸引を行うことにより、この衝撃式風洞装置１の内部から、その外部へ排気できる。
【００２４】
また、トラバース装置２０を操作して、測定室３内において、飛翔体模型２の周りを流れる乾燥空気の流路面積が、例えば、ラバーノズル８の絞り部８ｂにおける内部通路８ａの断面積に対して同程度の大きさとなるように、飛翔体模型２の姿勢を設定した場合、測定室３内からトラバース室９内へ流れ込む気流が、飛翔体模型２の付近においてその流れを妨げられる。しかし、測定室３の壁部３ａには、前述した通気孔２１が多数個設けられているので、これらの通気孔２１を通して、飛翔体模型２の付近において停滞するような空気を測定室３内からプレナム室４内へ逃がすことができる。プレナム室３の内部に流れ込んだ空気は、プレナム吸引を行うことにより衝撃式風洞装置１の内部からその外部へ排気できる。これにより、実験者が所望する精度を満たす測定結果を得るために、最も正確な速度設定が要求される飛翔体模型２の周りの空気の流速を、例えば、予め設定した遷音速領域の所定の速度に略確実に保持できる。
【００２５】
また、測定室３内には、風洞実験中の飛翔体模型２の周りの様々な物理量を測定するための各種センサや、あるいは測定室３の内部状況を監視する測定室監視モニタなどが複数個取り付けられている。
【００２６】
トラバース室９の内部には、トラバース装置２０が設置されている。このトラバース装置９の先端に飛翔体模型２を取り付ける。測定室３内における飛翔体模型２の位置決めや、あるいはその姿勢保持などは、トラバース装置２０を操作することにより、実験者が所望するような配置状態に略正確に設定できる。また、このトラバース室９は、その測定室３との連通部分の径の大きさ、および内部容積が、測定室３内から流れ込んで来る気流を殆ど抵抗なく収容できる大きさに形成されている。それとともに、このトラバース室９の内部容積は、前述した飛翔体模型２の取り付け作業を、トラバース室９の内部において、人手により容易に行うことができる大きさに形成されている。トラバース室９の下部には、図３に示すように、トラバース室９の内部と外部とを連通したり、あるいは気密を保持しつつ遮断したりできるトラバース扉３８が開閉自在に取り付けられている。トラバース装置２０への飛翔体模型２の取り付け作業などは、この衝撃式風洞装置１の運転を停止している間に、トラバース室９の外部からその内部に、このトラバース扉３８を開けて人手を差し入れるなどして行うことができる。飛翔体模型２の取り付け作業などが終了した後、トラバース扉３８を閉めることにより、トラバース室９内、ひいてはこの衝撃式風洞装置１の内部の気密を保持でき、風洞実験を行う準備が完了する。
【００２７】
無隔膜急速開閉弁１０は、図４に示すように、トラバース室９に気密を保持して接続される開閉弁ケース２２、この開閉弁ケース２２の下流側端部において、これを貫通するように、かつ、トラバース室９の下流側端部に設けられている吸引孔９ａと同一軸線上に位置するように取り付けられている弁開閉体２３、この弁開閉体２３の上流側端部において、その軸方向に沿って摺動自在に取り付けられている弁体２４、および弁開閉体２３の下流側端部の内部において、その軸方向に沿って摺動自在に取り付けられているサブピストン２５などから構成されている。この無隔膜急速開閉弁１０は、その外部に設けられている空気供給弁２７を介して、無隔膜急速開閉弁１０を閉じるために、その内部に圧縮空気を供給する弁開閉用コンプレッサ２６と連通されている。それとともに、この無隔膜急速開閉弁１０は、その外部に設けられている空気排出弁２８を介して、衝撃式風洞装置１の外部と連通されている。
【００２８】
弁開閉体２３の内部には、図４に示すように、その軸方向中間部から上流側端部にかけて、弁開閉用コンプレッサ２６から供給される圧縮空気が通される弁開閉用通気路２９が設けられている。それとともに、弁開閉体２３の内部には、その軸方向中間部に、弁開閉用通気路２９内に供給された圧縮空気を弁開閉体２３の外部に抜くための空気抜き孔３０が、弁開閉用通気路２９と連通して設けられている。また、弁開閉体２３の下流側端部には、サブピストン２５が弁開閉体２３の軸方向に沿って摺動自在に収容されているサブピストンシリンダ３１が設けられている。
【００２９】
弁開閉体２３に取り付けられている弁体２４は、図４に示すように、トラバース室９の吸引孔９ａを密閉する弁体蓋部２４ａと、この弁体蓋部２４ａの下流側に一体に設けられた弁体係合部２４ｂとから構成されている。弁体蓋部２４ａは、吸引孔９ａを密閉できる大きさの平板形状に形成されている。弁体係合部２４ｂは、弁開閉体２３の外周部に、弁開閉体２３の軸方向に沿って摺動自在に係合できるとともに、弁体係合部２４ｂと弁開閉体２３の外周部との間の気密を保持できる大きさの略筒形状に形成されている。この弁体係合部２４ｂは、弁開閉体２３とともにメインシリンダ３２を形成している。
【００３０】
サブピストン２５は、図４に示すように、弁開閉体２３の下流側端部内に設けられているサブピストンシリンダ３１内に、弁開閉体２３の軸方向に沿って摺動自在に取り付けられている。このサブピストンシリンダ３１の内部には、その下流側端部に設けられているサブピストンシリンダ開口３１ａを通して、弁開閉用コンプレッサ２６から圧縮空気が送り込まれる。また、このサブピストンシリンダ３１は、その内部から圧縮空気を排出するための空気排出弁２８を介して、衝撃式風洞装置１の外部と連通されている。
【００３１】
以上説明した構成からなる無隔膜急速開閉弁１０を作動させて、トラバース室９の吸引孔９ａを開閉することにより、この無隔膜急速開閉弁１０から下流側を真空に引いたり、あるいは乾燥空気室７から加速用真空タンク５に向けて、乾燥空気を加速して勢いよく流したりできる。
【００３２】
まず、この無隔膜急速開閉弁１０から下流側を真空引きする場合について詳しく説明する。空気供給弁２７を開くとともに、空気排出弁２８を閉じた状態において、弁開閉用コンプレッサ２６を作動させる。弁開閉用コンプレッサ２６によって発生される圧縮空気は、弁開閉体２３の軸方向中間部において、その側部に設けられている圧縮空気流入用開口２９ａを通して弁開閉用通気路２９内に供給される。弁開閉用通気路２９内に供給された圧縮空気は、弁開閉体２３の上流側端部に設けられている圧縮空気流出用開口２９ｂを通して、メインシリンダ３２内に充填される。これにより、弁体２４はトラバース室９側に向けて付勢される。この際、弁開閉用コンプレッサ２６によって発生される圧縮空気は、サブピストンシリンダ開口３１ａを通してサブピストンシリンダ３１内にも充填される。サブピストン２５は、図４中実線で示されているように、圧縮空気によって上流側に向けて付勢され、弁開閉体２３の軸方向中間部に設けられている空気抜き孔３０を封鎖するように、サブピストンシリンダ３１内を移動する。これにより、弁開閉用通気路２９内およびメインシリンダ３２内に充填された圧縮空気は、それらの外部への流出口が無くなるので、その内部圧力によって弁体２４をトラバース室９側に向けて押し付ける。弁体２４は、これが有している弁体蓋部２４ａによって、トラバース室９内の気密を保持するように、吸引孔９ａを密閉して塞ぐことができる。これにより、無隔膜急速開閉弁１０から下流側を、略完全な真空状態になるまで真空引きできる。
【００３３】
弁開閉用コンプレッサ２６から弁開閉用通気路２９内、メインシリンダ３２内、およびサブピストンシリンダ３１内に供給される圧縮空気の圧力は、無隔膜急速開閉弁１０から下流側が略完全に真空になった状態においても、弁体蓋部２４ａが吸引孔９ａを密閉して塞ぐことができる高さに設定されている。それとともに、弁開閉用通気路２９、メインシリンダ３２、およびサブピストンシリンダ３１のそれぞれの内部容積の大きさ、および内部形状なども、無隔膜急速開閉弁１０から下流側が略完全に真空になった状態においても、弁開閉用コンプレッサ２６からそれらに供給される圧縮空気の圧力を、弁体蓋部２４ａが吸引孔９ａを密閉して塞ぐことができる高さを維持できるような大きさおよび形状に形成されている。これにより、この無隔膜急速開閉弁１０から下流側が略完全に真空になった状態おいても、トラバース室９から上流側と、この無隔膜急速開閉弁１０から下流側との圧力差によって、弁体蓋部２４ａが吸引孔９ａから離れることによる空気漏れが起こるおそれが殆どない。また、以上説明した真空引きを行う際には、弁開閉用コンプレッサ２６は連続運転され、この無隔膜急速開閉弁１０内に向けて、前述した高さの圧力に設定されている圧縮空気が常に供給されるように設定されている。これにより、略完全に真空になった開閉弁ケース２２内において、弁体２４が吸引孔９ａから突然離れる事態を防止できる。
【００３４】
次に、乾燥空気室７から加速用真空タンク５に向けて、乾燥空気を加速して勢いよく流す場合について詳しく説明する。前述した作業により、無隔膜急速開閉弁１０から下流側を略完全に真空に引いた状態において、弁開閉用コンプレッサ２６の運転を停止するとともに、空気排出弁２８を開く。これにより、サブピストンシリンダ３１内からその外部へ圧縮空気が排気され、サブピストン２５は、これを上流側に付勢していた圧力から開放される。それとともに、サブピストン２５は、略完全な真空状態となっている無隔膜急速開閉弁１０から下流側と、圧縮空気が充填されている弁開閉用通気路２９およびメインシリンダ３２のそれぞれの内部との圧力差によって、下流側に向けて付勢される。これにより、サブピストン２５は、図４中仮想線で示されているように、サブピストンシリンダ３１内をその下流側に向けて移動する。すると、サブピストン２５によって封鎖されていた空気抜き孔３０が開放され、弁開閉用通気路２９およびメインシリンダ３２のそれぞれの内部と外部とが連通されるので、それらの内部に充填されていた圧縮空気が、空気抜き孔３０を通して弁開閉体２３の外部へ排気される。これにより、弁体２４は、その弁体蓋部２４ａを、吸引孔９ａを密閉して塞ぐように付勢していた圧力から開放される。弁体２４は、トラバース室９から上流側と、略完全な真空状態となっている無隔膜急速開閉弁１０から下流側との圧力差によって、その弁体蓋部２４ａが吸引孔９ａから急速に離れるように、下流側に向かって極短時間で引き戻され、吸引孔９ａを開放する。
【００３５】
これにより、トラバース室９から上流側の乾燥空気は、吸引孔９ａおよびこの無隔膜急速開閉弁１０に設けられている図示しない開閉弁通気孔を高速で通過して、加速用真空タンク５内に吸い込まれる。これにより、乾燥空気室７から加速用真空タンク５に向けて、乾燥空気を加速して勢いよく流すことができる。すなわち、この衝撃式風洞装置１内において、最も上流側に設置された乾燥空気室７から、最も下流側に設置された加速用真空タンク５内に向けて、高速で流れる乾燥空気の気流を発生させることができる。
【００３６】
なお、サブピストン２５は、図示しない外れ止めによって、サブピストンシリンダ３１内から抜け落ちないように規制されている。
【００３７】
無隔膜急速開閉弁１０の下流側には、図１に示すように、上流側から下流側に向かって順番に、前記測定室３とは別体で、かつ、所定の測定を行う第２測定室１１と、この第２測定室１１と最下流に設置されている加速用真空タンク５とを連通して接続する吸引胴１２とが設けられている。トラバース室９から上流側の乾燥空気は、無隔膜急速開閉弁１０を開けることにより、第２測定室１１および吸引胴１２のそれぞれの内部を通過して加速用真空タンク５内に吸い込まれる。
【００３８】
加速用真空タンク５は、この内部を略完全な真空状態まで真空引きできる真空ポンプ１３に接続されている。加速用真空タンク５は、その内部容積が、この衝撃式風洞装置１内において予め設定された所定の流速となるように加速されて発生された気流を、この衝撃式風洞装置１を用いた風洞実験の有効な測定結果を十分に得ることができる時間だけ持続できる大きさに形成されていることが好ましい。具体的には、加速用真空タンク５の内部容積は、この衝撃式風洞装置１内において、音速に近い速度領域から極超音速（マッハ数４以上。）領域までの範囲内で、例えば、遷音速領域の所定の速度となるように加速されて発生された気流を、１秒以上持続させることができる大きさを有していることが好ましい。
【００３９】
また、真空ポンプ１３も、そのような大きさに形成された加速用真空タンク５、およびプレナム吸引手段６などを、短時間で略完全な真空状態まで真空引きできる動力性能を有していることが好ましい。
【００４０】
本実施形態の衝撃式風洞装置１は、図１〜図３に示すように、測定室３の外側に、これと連通してプレナム室４が設けられているともに、プレナム室４に流れ込んだ空気をプレナム室４の外部に吸引するプレナム吸引手段６を具備している。
【００４１】
プレナム室４は、測定室３をその外側から覆うように、多数個の通気孔２１が設けられた測定室壁部３ａを隔てて設けられている。測定室３内の空気は、これら多数個の通気孔２１を通過してプレナム室４内に流れ込むことができる。このプレナム室４は、その内部容積が、後述するプレナム吸引を行うことにより、測定室３内の気流の状態を、実験者が所望する所定の状態となるように、略正確に設定できる大きさに形成されていることが好ましい。
【００４２】
プレナム室４のプレナム室壁部４ａには、プレナム室４内に流れ込んだ空気を、プレナム室４の外部に排気するための、一対の第１プレナム排気管３３ａおよび第２プレナム排気管３３ｂが、プレナム室４の内部と連通して取り付けられている。これら２本の第１プレナム排気管３３ａおよび第２プレナム排気管３３ｂは、プレナム集合管３４によって１本の通気路としてまとめられる。
【００４３】
プレナム集合管３４は、プレナム室４からこのプレナム集合管３４あたりまでの通気部分と、プレナム吸引手段６とを連通したり、あるいは遮断したりするプレナム無隔膜急速開閉弁３５、およびこのプレナム無隔膜急速開閉弁３５の下流側に取り付けられている第３プレナム排気管３３ｃなどを介して、プレナム吸引手段６と連通されている。
【００４４】
プレナム無隔膜急速開閉弁３５は、本実施形態においては、前述した無隔膜急速開閉弁１０と同様の構成としても構わない。プレナム無隔膜急速開閉弁３５をそのような構成とすることにより、無隔膜急速開閉弁１０と同様の効果を得ることができる。また、無隔膜急速開閉弁１０に接続されている弁開閉用コンプレッサ２６を共有することができるので、このプレナム無隔膜急速開閉弁３５の運転に係るランニングコストや、あるいはメンテナンス費などのコストが高騰するのを抑制できる。それとともに、この衝撃式風洞装置１をコンパクト化して省スペースで設置することができる。
【００４５】
プレナム無隔膜急速開閉弁３５に第３プレナム排気管３３ｃを介して連通して接続されているプレナム吸引手段６には、本実施形態においては、真空タンクが用いられるものとする。また、このプレナム吸引手段としてのプレナム真空タンク６は、前述した加速用真空タンク５に連通して接続されているとともに、加速用真空タンク５を真空引きする真空ポンプ１３によって、加速用真空タンク５などとともに、略完全な真空状態となるまで真空引きされるものとする。これにより、プレナム吸引を行うためのランニングコストや、あるいはメンテナンス費などのコストが高騰するのを抑制できる。それとともに、この衝撃式風洞装置１をコンパクト化して省スペースで設置することができる。
【００４６】
また、このプレナム真空タンク６は、その内部容積が、加速用真空タンク５が気流を発生させて持続させている間中、プレナム室４内から空気を吸い出す、いわゆるプレナム吸引を連続して行うことができる大きさに形成されていることが好ましい。これにより、例えば、この衝撃式風洞装置１を用いて遷音速の速度で飛行する物体の風洞実験を行う際に、飛翔体模型２の周りの気流の流速を、遷音速領域の予め設定した所定の速度に略確実に保持できる。具体的には、プレナム室４内の空気をプレナム吸引することにより、測定室３内の圧力に対するプレナム室４内の圧力を低く設定できる。これにより、例えば、測定室３内において滞留したり、あるいは乱流となった気流を、プレナム室４内に積極的に吸い込むことができるので、測定室３内の圧力を下げることができる。したがって、乾燥空気室７内から測定室３内に流れ込む乾燥空気の流れを妨げる要因を取り除くのと同様の効果を得ることができ、測定室３内において遷音速領域の流速に設定された気流を積極的に維持できる。よって、測定室３内における飛翔体模型２の周りの気流の流速を、遷音速領域の予め設定した所定の速度に略確実に保持できる。これにより、この衝撃式風洞装置１を用いた風洞実験において、実験者が所望する精度を略満たしている測定結果を得ることができる。
【００４７】
プレナム室４と前述したトラバース室９とは、図１〜図３に示すように、一対の第１流速調節用開口３７ａおよび第２流速調節用開口３７ｂを介して連通されている。それら２箇所の第１流速調節用開口３７ａおよび第２流速調節用開口３７ｂには、プレナム室４からトラバース室９へ向かって流れる気流の流速を調節するためのダンパとしての、一対の第１流速調節用ダンパ３６ａおよび第２流速調節用ダンパ３６ｂが開閉自在に取り付けられている。これら２個の第１流速調節用ダンパ３６ａおよび第２流速調節用ダンパ３６ｂには、それらを互いに独立に駆動するための第１モータ３９ａおよび第２モータ３９ｂが、それぞれ１台ずつ接続されている。また、第１流速調節用ダンパ３６ａと第１モータ３９ａ、および第２流速調節用ダンパ３６ｂと第２モータ３９ｂは、それぞれ第１歯車装置４０ａおよび第２歯車装置４０ｂを介して接続されている。
【００４８】
これら２台の第１歯車装置４０ａおよび第２歯車装置４０ｂは、図３に示すように、トラバース室９の内部において、トラバース扉３８の近傍に取り付けられている。それとともに、２台の第１モータ３９ａおよび第２モータ３９ｂは、図３に示すように、トラバース室９の外部に配置されている。このような構成によれば、第１モータ３９ａおよび第２モータ３９ｂ、ならびに第１歯車装置４０ａおよび第２歯車装置４０ｂがトラバース扉３８の開閉を妨げるおそれがない。すなわち、第１流速調節用ダンパ３６ａおよび第２流速調節用ダンパ３６ｂは、トラバース扉３８の開閉状態に拘らず、第１流速調節用開口３７ａおよび第２流速調節用開口３７ｂを所定の大きさに開閉できるように、第１歯車装置４０ａおよび第２歯車装置４０ｂを介して、第１モータ３９ａおよび第２モータ３９ｂによって互いに独立に開閉駆動される。
【００４９】
第１モータ３９ａおよび第２モータ３９ｂは、図３に示すように、トラバース室９の外部において、それらの駆動状態を互いに独立に制御できる制御装置４１に接続されている。この制御装置４１はさらに、第１流速調節用ダンパ３６ａおよび第２流速調節用ダンパ３６ｂによる第１流速調節用開口３７ａおよび第２流速調節用開口３７ｂの開口の度合いを、トラバース室９の外部から監視できる監視用モニタ４２に接続されている。このような構成によれば、実験者がトラバース室９内の様子を、監視用モニタ４２を用いてトラバース室９の外部から監視しつつ図示しない操作部を操作することにより、制御装置４１を介して、第１流速調節用ダンパ３６ａおよび第２流速調節用ダンパ３６ｂによる第１流速調節用開口３７ａおよび第２流速調節用開口３７ｂの開口の度合いを、それぞれ互いに独立に遠隔操作して所定の大きさに設定できる。これにより、プレナム室４内からトラバース室９内に流れ込む空気の流量を随時、任意の大きさに調節して、測定室３内における空気の流速（マッハ数）を随時、所定の範囲内においてに任意の大きさに設定できる。よって、測定室３の内部における気流の状態を、実験者が所望する理想的な状態に設定できる。
【００５０】
例えば、測定室３の内部において、遷音速領域の流速で流れている気流の流れる向きに対する飛翔体模型２の流れ角を、その気流の流れを妨げる向きに偏角させる。この場合、偏角による飛翔体模型２の周りの気流の流路面積の減少分を補うために、第１流速調節用開口３７ａおよび第２流速調節用開口３７ｂの開口の度合いを大きくする向きに、第１流速調節用ダンパ３６ａおよび第２流速調節用ダンパ３６ｂを作動させる。これにより、プレナム室４の内部圧力とトラバース室９の内部圧力との圧力差を利用して、プレナム室４内の空気をトラバース室９内へ流し込むことができる。ひいては、測定室３内の空気をプレナム室４内に積極的に吸い込むことができるので、測定室３内の圧力を下げることができる。これにより測定室３の内部に空気が流れ込み易くなるとともに、測定室３の内部から空気が流れ出易くなる。したがって、測定室３の内部における飛翔体模型２の周りの気流の流路面積を、ラバーノズル８の絞り部８ｂにおける気流の流路面積よりも十分に大きく確保したのと同様の効果を得ることができる。よって、遷音速領域の流速に加速された乾燥空気を用いて風洞実験を行う場合にも、測定室３の内部における飛翔体模型２の周りの流速（マッハ数）の低下を抑制できるとともに、気流のマッハ数を高い精度で調節して設定できる。
【００５１】
また、操作部を操作することにより、制御装置４１を介して、第１流速調節用ダンパ３６ａおよび第２流速調節用ダンパ３６ｂによる第１流速調節用開口３７ａおよび第２流速調節用開口３７ｂの開口の度合いを、それぞれ異なる大きさに設定することができる。この場合、測定室３の内部における気流の状態は、測定室３の軸方法に対して非対称となる。これにより、測定室３の内部、特に飛翔体模型２の周りに複雑な流れの気流を発生させることができるので、自然環境における複雑な状態の大気中を飛行する場合の飛行機などの飛行シミュレーションを、より高い精度で行うことができる。
【００５２】
以上説明した構成からなる本実施形態の衝撃式風洞装置１によれば、従来の衝撃式風洞装置には設けられていなかったプレナム室４を測定室３に連通して設けることにより、遷音速領域の速度に加速された空気の流れを用いた場合においても、精度の高い風洞実験を行うことができる。また、プレナム吸引手段としてのプレナム真空タンク６を、流体加速手段としての加速用真空タンク５と連通させ、これら両真空タンク５，６をともに１台の真空ポンプ１３を用いて真空に引くことができるようにした。これにより、この衝撃式風洞装置１の設備費や、ランニングコストなどを抑制して低コストで設置できるとともに、この衝撃式風洞装置１をコンパクト化できるので、省スペースで設置できる。
【００５３】
次に、この衝撃式風洞装置１による風洞実験の概略を、空気の流れの速度を遷音速領域に設定した場合を例に挙げて説明する。まず、衝撃式風洞装置１の作動が停止している状態において、トラバース室９からトラバース装置２０を介して測定室３内に配置される飛翔体模型２が、予め定められている所定の状態となるように、トラバース扉３８を開けて取り付け作業行う。この取り付け作業が終了した後、トラバース扉３８を閉じてトラバース室９内を密封するとともに、無隔壁急速開閉弁１０を作動させて吸引孔９ａを密閉する。また、これに併せてプレナム無隔壁急速開閉弁３５も作動させて、プレナム室４とプレナム真空タンク６との通気路を気密を保持して遮断する。
【００５４】
この状態において、気体乾燥装置１４を作動させて、乾燥空気室７、ラバーノズル８、測定室３、プレナム室４、およびトラバース室９などの内部に存在している空気を、予め定められている所定の湿度まで乾燥させる。一方、真空ポンプ１３を作動させて、加速用真空タンク５およびプレナム真空タンク６などの内部が略完全な真空状態になるまで真空引きを行う。また、測定室３内の飛翔体模型２の周りにおける乾燥空気が、その流速が予め定められている所定の遷音速に達するように、かつ、その気流状態が予め定められている所定の流れとなるように、ラバーノズル８の絞り部８ｂ、および、第１流速調節用ダンパ３６ａおよび第２流速調節用ダンパ３６ｂによる第１流速調節用開口３７ａおよび第２流速調節用開口３７ｂの開口の度合いを、予め調節して設定する。
【００５５】
以上の準備が整った後、無隔壁急速開閉弁１０を作動させて吸引孔９ａを瞬時に開く。これに続けて、前述した飛翔体模型２の周りの流速に基づいて予め計算されている乾燥空気室７内の乾燥空気が、測定室３を経てプレナム室４内に流れ込むタイミングを見計らって、プレナム無隔壁急速開閉弁３５も作動させて、プレナム吸引を開始する。
【００５６】
これにより、乾燥空気室７内の乾燥空気は所定の遷音速に加速されて、実験者が所望する気流状態となって測定室３を通過して、加速用真空タンク５内に吸引される。よって、実験者は遷音速で飛行する物体の風洞実験のデータを高い精度で得ることができる。
【００５７】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る衝撃式風洞装置５１を、図５および図６に基づいて説明する。
【００５８】
この第２実施形態の衝撃式風洞装置５１は、これが有しているトラバース室９内の構成が、前述した第１実施形態の衝撃式風洞装置１が有しているトラバース室９内の構成と異なっているだけで、その他の構成、作用、および効果は同様である。よって、その異なっている部分について説明し、前述した第１実施形態と同一の構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００５９】
本実施形態の衝撃式風洞装置５１は、図５および図６に示すように、これが有しているトラバース室９の内壁側面に沿って、トラバース室９の外部から遠隔操作することにより、膨張および収縮可能な複数個の容積可変体、本実施形態においては、４個の容積可変体５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄが取り付けられている。これら４個の容積可変体５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄは、膨張および収縮可能な弾性材料で形成されていることが好ましく、本実施形態においては、ゴム製とする。これら４個の容積可変体５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄからは、トラバース室９の壁部を貫通して、その外部に設けられている後述する容積可変装置５３と連通するように、可変体用給排気管５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄがそれぞれ１本ずつ、図示しない容積可変体用開閉弁を介して接続されている。これら４本の可変体用給排気管５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄは、トラバース室９の外部において１本にまとめられ、空気注入バルブ５５を介して、４個の容積可変体５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄに圧縮空気を供給する容積可変用コンプレッサ５６に接続されている。また、１本にまとめられた可変体用給排気管５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄは、空気注入バルブ５５よりもトラバース室９側において、分岐管５７を介して、４個の容積可変体５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄのそれぞれの内部から外部へ、圧縮空気を排気する排気バルブ５８に接続されている。
【００６０】
風洞実験を行う前にその実験準備をする際に、例えば、飛翔体模型２の取り付け作業を行う場合には、トラバース室９内の内部容積が大きい程、飛翔体模型２の取り付け作業がはかどる。この場合、４個の容積可変体５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄをそれぞれ収縮させることにより、トラバース室９内の内部容積を拡大できる。すなわち、広い作業スペースを確保できる。具体的には、容積可変用コンプレッサ５６の作動を停止した状態において、空気注入バルブ５５を閉じるとともに、排気バルブ５８を開く。また、４本の可変体用給排気管５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄのそれぞれに１個ずつ設けられている容積可変体用開閉弁の開き具合を、互いに独立に所定の大きさに設定する。これにより、各容積可変体５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄのそれぞれの内部に注入されている圧縮空気が、各容積可変体用開閉弁の開き具合に応じて、それらの外部に抜け出るので、各容積可変体５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄはそれぞれ所定の速度で収縮し、それらの容積が小さくなる。すなわち、トラバース室９内の内部容積が大きくなり、広い作業スペースを確保できる。
【００６１】
あるいは、風洞実験の最中には、トラバース室９内の内部容積が小さい程、空気が通り抜け難くなるので気流の持続時間が長くなり、より多くの実験結果を得ることができる。この場合、４個の容積可変体５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄをそれぞれ膨張させることにより、トラバース室９内の内部容積を減少できる。すなわち、空気の流通路を狭くして、気流の持続時間を長くできる。具体的には、空気注入バルブ５５を開くとともに、排気バルブ５８を閉じる。また、４本の可変体用給排気管５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄのそれぞれに１個ずつ設けられている容積可変体用開閉弁の開き具合を、互いに独立に所定の大きさに設定する。この状態において、容積可変用コンプレッサ５６を作動させる。これにより容積可変用コンプレッサ５６から供給される圧縮空気が、各容積可変体用開閉弁の開き具合に応じて、各容積可変体５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄの内部に注入されるので、各容積可変体５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄはそれぞれ所定の速度で膨張し、それらの容積が大きくなる。すなわち、トラバース室９内の内部容積が小さくなり、空気の流通路を狭くできる。
【００６２】
この第２実施形態の衝撃式風洞装置５１は、以上説明した点以外は、第１実施形態の衝撃式風洞装置１と同じであるので、この第２実施形態の衝撃式風洞装置１を用いることにより、本発明の課題を解決できるのは勿論であるが、前記構成からなる容積可変体および容積可変装置などを具備している第２実施形態は、以下の点で優れている。
【００６３】
本実施形態の衝撃式風洞装置５１においては、トラバース室９内に、膨張および収縮することにより、トラバース室９の内部容積を変化させることができる４個の容積可変体５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄを取り付けるとともに、これら４個の容積可変体５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄを、それぞれ互いに独立に膨張および収縮できる容積可変装置５３をトラバース室９の外部に設け、各容積可変体５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄと接続した。このような構成からなる衝撃式風洞装置５１によれば、作業状態に応じて、容積可変装置５３を所定の設定で作動させたり、あるいはその作動を停止させたりすることで、各容積可変体５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄを膨張あるいは収縮させて、トラバース室９内の内部容積を、随時、任意の大きさに設定できる。これにより、例えば、衝撃式風洞装置５１内を流れる遷音速領域の速度に加速された気流の持続時間を長く保持したり、あるいはトラバース室９内における飛翔体模型２の取り付け作業などの作業効率を高めたりすることができる。
【００６４】
また、容積可変装置５３が有している容積可変用コンプレッサ５６を、前述した第１実施形態の衝撃式風洞装置１が有している弁開閉用コンプレッサ２６とする構成とすれば、この衝撃式風洞装置５１の設備費およびメンテナンス費などを低減できるとともに、コンパクト化できる。これにより、この衝撃式風洞装置５１を低コストで建設および維持できるとともに、省スペースで設置できる。
【００６５】
なお、本発明に係る衝撃式風洞装置１，５１は、前述した第１および第２の実施の形態には制約されない。例えば、前述した風洞装置１，５１において、加速用真空タンク５およびプレナム真空タンク６で吸引するものを気体としての乾燥空気としたが、測定室３内に雨や雪などの自然界の天候状態を忠実に再現するために、気体に水滴や氷などを混入させても、本発明の利用目的を外れるものではないので、このような構成としても本発明が成立するのはもちろんである。
【００６６】
【発明の効果】
本発明に係る衝撃式風洞装置においては、被測定物体が配置される測定室の外側に、これに連通するプレナム室を設けるとともに、このプレナム室に流れ込んだ気体をその外部に吸引するプレナム吸引手段を具備しているので、衝撃波が発生する遷音速領域も含めた任意の流速の気流を発生させて、これを用いた風洞実験を行うことができるとともに、低コスト、かつ、コンパクト化できる。
【００６７】
また、プレナム吸引手段を真空タンクとしたため、特別な駆動装置を取り付ける必要がないので、より低コスト、かつ、コンパクト化できる。
【００６８】
そして、流体加速手段およびプレナム吸引手段が連通されて、かつ、１台の真空ポンプによって真空引きされるため、１台の真空ポンプを共有することができるので、さらに低コスト、かつ、コンパクト化できる。
【００６９】
また、本発明に係る衝撃式風洞装置において、プレナム室に連通してその下流側にトラバース室を設け、これら２室間に、プレナム室からトラバース室へ流れる気体の流量を調節するダンパを設けた構成によれば、プレナム室に流れ込んだ気体を、風洞実験に用いるために流体加速手段が発生させたこの衝撃式風洞装置の内部を流れる気流に合流させて、プレナム室の内部から外部へ容易に排気できるので、より高い精度で流速を調節して風洞実験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態に係る衝撃式風洞装置の概略を一部断面にして示す平面図。
【図２】  図１に示されている衝撃式風洞装置が具備しているプレナム室およびトラバース室の接続部分を示す断面図。
【図３】  図１に示されている衝撃式風洞装置が具備しているプレナム室およびトラバース室の接続部分を示す断面図。
【図４】  図１に示されている衝撃式風洞装置が備えている無隔膜急速開閉弁を示す断面図。
【図５】  本発明の第２の実施の形態に係る衝撃式風洞装置の概略を一部断面にして示す平面図。
【図６】  図５に示されている衝撃式風洞装置が具備しているトラバース室に取り付けられている容積可変装置を示す平面図。
【符号の説明】
１，５１…衝撃式風洞装置
２…飛翔体模型（被測定物体）
３…測定室
４…プレナム室
５…加速用真空タンク（流体加速手段）
６…プレナム真空タンク（プレナム吸引手段）
９…トラバース室
１３…真空ポンプ
３６ａ…第１流速調節用ダンパ
３６ｂ…第２流速調節用ダンパ
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ…容積可変体
５３…容積可変装置
【図１】
0004274680.tif 000002
【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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