(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風洞内床面に沿って被測定体を設置する設置部を有し、該設置部に設置された該被測定体に該風洞内を送風される気流をあてて試験を行なう風洞試験装置の測定部であって、
前記設置部の気流方向上流側に位置する前記床面に、前記気流方向に交差する交差方向に延在するように配置され、前記気流の前記床面近傍部分を吸い込む上流側吸込部と、
前記設置部の両側部に配置され、前記設置部に側部から流入する流入気流を吸い込む側部吸込部と、を備え、
前記設置部には、
前記交差方向に間隔を開けて設置され、該交差方向に略直交する方向に周回駆動される複数の無端ベルトと、
隣り合う該無端ベルトの間に介在され、前記気流を吸い込む吸込部と、
該吸込部に設置され、前記被測定体の接地部を支持する支持部と、
が備えられている風洞試験装置の測定部。
【請求項２】
前記支持部は、回転可能に構成されている請求項１に記載された風洞試験装置の測定部。
【請求項３】
前記支持部は、周回駆動される無端ベルトで構成されている請求項１または請求項２に記載された風洞試験装置の測定部。
【請求項４】
前記支持部には、該支持部に作用する荷重を測定する天秤装置が備えられている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載された風洞試験装置の測定部。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載された測定部と、気流を発生する送風機と、該気流を該測定部に案内する風洞と、を備えている風洞試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風洞試験装置の測定部およびこれを用いた風洞試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に自動車や航空機の空気力を評価する場合、風洞試験装置が利用されている。特に、自動車等の車両のように地面の効果を含めた空気力の評価を行う場合、車両を模擬移動地面となるムービングベルトの上に設置し、ムービングベルトを気流速度、すなわち、車両の移動速度に対応して駆動して行われている（特許文献１〜特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３４１９２０号公報
【特許文献２】特開２００６−１７０６３９号公報
【特許文献３】特開平５−２４８９８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１および特許文献２に示されるものは、車両を固定するために支柱および／またはワイヤを用いていたので、これらの影響が測定した空気力に含まれる。
また、気流は床面との摩擦抵抗により床面近傍に速度の遅い境界層が形成され、かつ、側部から気流が車両の方へ入り込むが、これらに対する考慮が行なわれていない。
このため特許文献１および特許文献２に示されるものは車両に作用する実際の空気力が測定できていなかった。
車両に支柱やワイヤ等を取付ける改修が必要である。また、ムービングベルトが幅広であるので、地面を模擬するために上下方向の変動を抑制するため吸着部材を備える必要がある。このため、移動に対する抵抗が大きくなるので、駆動に大きな力、すなわち大型の駆動手段が必要となる。
したがって、製造コストおよび試験コストが大きくなるし、試験効率が低下する。
【０００５】
特許文献３に示されるものは、ムービングベルトの両側部に気流を案内する壁体を設け、側部からムービングベルトに流入する気流による計測への影響を防止している。
しかしながら、壁体との摩擦抵抗によって壁体に沿う側面に速度の遅い境界層が形成され、かつ、床面近傍における境界層の影響もあるので、空気力の実際の測定には不十分であった。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、床面の境界層および側部からの流入気流の影響を抑制し、より実際に近い空気力を測定できる風洞試験装置の測定部およびこれを用いた風洞試験装置を提供することを目的としている。
実走行試験を模擬できる車両の風洞試験方法及び装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明の第一の態様は、風洞内床面に沿って被測定体を設置する設置部を有し、該設置部に設置された該被測定体に該風洞内を送風される気流をあてて試験を行なう風洞試験装置の測定部であって、前記設置部の気流方向上流側に位置する前記床面に、前記気流方向に交差する交差方向に延在するように配置され、前記気流の前記床面近傍部分を吸い込む上流側吸込部と、前記設置部の両側部に配置され、前記設置部に側部から流入する流入気流を吸い込む側部吸込部と、を備えている風洞試験装置の測定部を提供する。
【０００８】
本態様によれば、上流側吸込部が設置部の気流方向上流側に、気流方向に交差する交差方向に延在するように設置されているので、上流側吸込部が吸い込むことによって設置部に送風される気流の床面近傍に位置する部分を吸い込むことができる。
これにより、設置部に送風される気流と風洞床面との摩擦によって床面近傍に形成される気流の所定速度よりも遅い速度となっている境界層が上流側吸込部に吸い込まれるので、床面まで略均一とされた速度分布とされた気流を設置部の被測定体へ供給することができる。言い換えれば、床面近傍の境界層が上流側吸込部によって吸い込まれることによって加速され、気流の所定速度に復旧されるので、高さ方向で略均一とされた速度分布とされた気流を設置部の被測定体へ供給することができる。
また、設置部の両側部に配置された側部吸込部が、設置部の側部から流入する流入気流を吸い込むので、側部から流入する流入気流の影響を抑制することができる。
これらにより、略均一な気流を被測定体に供給することができるので、より実際に近い被測定体に作用する空気力を測定できる。
【０００９】
また、上記態様では、前記設置部には、前記交差方向に間隔を開けて設置され、該交差方向に略直交する方向に周回駆動される複数の無端ベルトと、隣り合う該無端ベルトの間に介在され、前記気流を吸い込む吸込部と、該吸込部に設置され、前記被測定体の接地部を支持する支持部と、が備えられている構成としてもよい。
【００１０】
本構成によると、設置部は無端ベルト、吸込部および側部吸込部で構成されている。複数の無端ベルトは上面が気流と略同速度で駆動することによって、気流に対する床の影響を排除できる。また、吸込部は吸込部に入って形成される境界層を吸い込むので、境界層の生成を抑制することができる。
これらにより、略均一な気流を被測定体に供給することができるので、より実際に近い被測定体に作用する空気力を測定できる。
また、無端ベルトが複数に分割されているので、各無端ベルトの幅を小さくすることができる。無端ベルトの幅が小さくなると、その挙動を容易に制御できるので、上下方向の変動を抑制する吸着部材を用いる必要が無くなる。このため、無端ベルトを容易に移動できるので、小さな駆動手段で済むこともあり、構造が簡単で製造コストを安価とできる。
さらに、被測定体の接地部を支持する支持部が、移動しない吸込部に設置されているので、気流に接する部分に被測定体を支持する部材、すなわち、支柱、ワイヤ等を設置する必要がない。
このため、被測定体以外に気流が接触する部材が無くなるので、一層実際に近い被測定体に作用する空気力を測定できる。
【００１１】
また、上記構成では、前記支持部は、回転可能に構成されていることが望ましい。
また、上記構成では、前記支持部は、周回駆動される無端ベルトで構成されていることが望ましい。
このようにすると、自動車、鉄道車両等の風洞試験を好適に実施することができる。
【００１２】
また、上記構成では、前記支持部には、該支持部に作用する荷重を測定する天秤装置が備えられていてもよい。
【００１３】
本発明の第二の態様では、上記第一の態様にかかる測定部と、気流を発生する送風機と、該気流を該測定部に案内する風洞と、と備えている風洞試験装置を提供する。
本態様によると、略均一な気流を被測定体に供給することができる測定部を用いているので、より実際に近い被測定体に作用する空気力を測定できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、設置部の気流方向上流側に位置する床面に、気流方向に交差する交差方向に延在するように配置され、気流の床面近傍部分を吸い込む上流側吸込部と、設置部の両側部に配置され、設置部に側部から流入する流入気流を吸い込む側部吸込部と、を備えているので、略均一な気流を被測定体に供給することができ、より実際に近い被測定体に作用する空気力を測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態にかかる風洞試験装置１について図１〜図６を参照して説明する。この風洞試験装置１は自動車の空気力を測定するものとして説明する。
図１は本実施形態にかかる風洞試験装置１の概略的構成を示す模式図である。図２は、本実施形態にかかる設置部１７を示す斜視図である。図３は図２のＸ−Ｘ断面図である。図４は図２のＹ−Ｙ断面図である。図５は図２のＺ−Ｚ断面図である。図６は、本実施形態にかかる上板を示す部分平面図である。
【００１６】
風洞試験装置１には、風洞３と、送風機５と、測定室（測定部）７とが備えられている。
風洞３は、平面視略長方形に形成されたエンドレス構造とされている。風洞３の角部には、気流の方向を変える複数の変流翼９が備えられている。
送風機５は、風洞３内の一部に取り付けられ、風洞３内に気流を流す機能を有している。送風機５はその回転速度を自在に調節でき、それにより風洞３内を流れる気流の速度を任意に変えることができるようになっている。
風洞３の測定室７の気流方向Ｋ上流側には、気流の流れを整える整流部１１および気流の温度を調節する熱交換部１３が備えられている。
【００１７】
測定室７は、風洞３の一部を覆うように設けられている。測定室７の床面１５には、気流通路上に自動車を設置する設置部１７が備えられている。
設置部１７は、図１に示されるように平面視略長方形をし、その短辺部が気流方向Ｋに略直交する方向（すなわち、気流方向Ｋに交差する交差方向、以下幅方向ともいう。）に延在するように設置されている。
【００１８】
設置部１７の気流方向Ｋ上流側の床面１５には、気流方向Ｋに略直交する方向（すなわち、気流方向Ｋに交差する交差方向）に延在するスリット（上流側吸込部）１９が備えられている。
スリット１９は、吸込ポンプ２１に接続され、吸込ポンプ２１の作動によって床面１５上の空気を吸い込む機能を有している。
【００１９】
設置部１７には、その両側の長辺部を構成する側部吸込部２３と、３個の無端状のムービングベルト（無端ベルト）２５と、隣り合うムービングベルト２５の間に配置された吸込部２７と、吸込部２７の中間位置に配置された支持部２９とが備えられている。
【００２０】
側部吸込部２３は、図５に示されるように中空の直方体形状をした箱構造とされている。側部吸込部２３の上面を構成する上板３１には、図６に示されるように多数の環通孔３３が設けられている。貫通孔３３は、上板３１の略全面に亘り千鳥状に配置されている。
側部吸込部２３の中空部は、吸込ポンプ３５と接続され、吸込ポンプ３５の作動によって上板３１上の空気を吸い込む機能を有している。
【００２１】
ムービングベルト２５は、軸線中心が設置部１７の両短辺部に沿う方向に延在する一対のローラ３７に掛け渡された無端状のベルト部材である。ムービングベルト２５の上面は、図示しない駆動源によって一方のローラ３７が回転駆動されることによって気流方向Ｋに移動するようにされている。駆動源はローラ３７の回転速度を自在に調節でき、それによってムービングベルト２５の移動速度を任意に変えることができるようにされている。
【００２２】
３個の無端ベルト２５は、側部吸込部２３に隣り合う２位置と、その中間位置に設置されている。このように、ムービングベルト２５は幅方向に分割されているので、その幅を小さくすることができる。このため、その挙動を容易に制御でき、上下方向の変動を抑制するために従来設けられていた吸着部材を用いる必要が無くなるので、ムービングベルト２５にかかる抵抗が小さくできる。このため、ムービングベルト２５が容易に移動できるので、小さな駆動源で済むこともあり、構造が簡単で製造コストを安価とできる。
【００２３】
吸込部２７には、ムービングベルト２５と略同等の長さに亘り配置されており、吸込箱３９と、支持部２９とが備えられている。
支持部２９は、自動車（被測定体）４１のタイヤ（接地部）４３を支持するもので、気流方向Ｋに間隔を開けて２ヶ所、二ヶ所の吸込部２７を合わせて合計４ヶ所に備えられている。
吸込箱３９は、図３に示されるように、各支持部２９を挟むように３箇所、二ヶ所の吸込部２７を合わせて合計６箇所に備えられている。
【００２４】
吸込箱３９は、中空の直方体形状をした箱構造とされ、その中空部は図示しない吸込ポンプに接続されている。
吸込箱３９の上面を構成する上板４５には、図６に示されるように多数の貫通孔４６が設けられている。貫通孔４６は、上板４５の略全面に亘り千鳥状に配置されている。
吸込箱３９は、吸込ポンプの作動によって上板４５上の空気を吸い込む機能を有している。
【００２５】
支持部２９には、駆動ローラ４７と、ガイドローラ４９と、調整ローラ５１と、ベルト部材５３とが備えられている。ベルト部材５３は、駆動ローラ４７、ガイドローラ４９および調整ローラ５１に掛け渡されている。
駆動ローラ４７、ガイドローラ４９および調整ローラ５１は、その軸線中心が略幅方向へ延在するように配置されている。駆動ローラ４７およびガイドローラ４９は、ベルト部材５３の上部移動経路を形成している。
【００２６】
駆動ローラ４７は、図示しない駆動源によって回転駆動される。駆動源は駆動ローラ４７の回転速度を自在に調節でき、それによってベルト部材５３の移動速度を任意に変えることができるようにされている。
調整ローラ５１は上下方向に移動可能に取り付けられ、上下方向に移動することによってベルト部材５３の張力を調整するように構成されている。
【００２７】
支持部２９の下方には、天秤装置５５が備えられている。天秤装置５５には、各タイヤ４３を受ける４個の受ローラ５７と、各受ローラ５７を支持する４本の支柱５９と、各支柱５９の歪みを計測する４個のロードセル６１と、全ての支柱５９を支持する基台６３とが備えられている。
支柱５９は、タイヤ４３が受ローラ５７に作用する力によって変形する（歪む）。ロードセル６１が支柱５９の歪み量を計測し、個々のタイヤ４３にかかる力を算出するように構成されている。
基台６３は、各支柱５９からの力を受けて変形するので、その変形量を計測し、自動車４１全体にかかる力を算出するように構成されている。
【００２８】
貫通孔３３の開口率、すなわち、上板３１の面積に対する全貫通孔３３の合計面積の割合は、たとえば、５〜６％とされている。また、貫通孔４６の開口率、すなわち、上板４５の面積に対する全貫通孔４６の合計面積の割合は、たとえば、５〜６％とされている。
この開口率は、設置部１７に入る境界層がスリット１９によって略吸込まれていることを想定し、設置部１７に入ってから発生する境界層を吸い込むだけでよいので、小さくされている。このため、境界層が多くなる下流側ほど吸込量が多くなるようにしてもよい。
なお、開口率は必要に応じて適宜な値に設定することができる。
【００２９】
また、図７および図８に示されるように、上板３１，４５の内側に貫通孔３３，４６と略同じ位置に略同じ大きさの貫通孔６７を有する調整板６５を上板３１，４５に対して摺動可能に設置するようにし、開口率を調整できるようにしてもよい。
調整板６５を上板３１，４５に対して摺動させることによって貫通孔３３，４６と貫通孔６７との重なった部分、すなわち、開口の面積を調整することができる。
この場合、貫通孔３３，４６および貫通孔６７の開口面積を大きくし、気流の速度、スリット１９での吸込量等に応じて開口率を適宜な値に調整できる。
【００３０】
貫通孔３３，４６は、円形に限らず適宜形状とされてよい。たとえば、図９に示されるように気流方向Ｋに沿う細長いスリット６９としてもよい。
【００３１】
以上説明した風洞試験装置１の計測動作について説明する。
まず、試験内容に合わせて各部の設定を調整する。そして、送風機５を作動して風洞３内に所定速度Ｖ０、たとえば、１００ｋｍ／ｈの気流を発生させる。気流は、風洞３の壁面、たとえば、床面１５と接触し摩擦抵抗をうけるので、壁面近傍に所定速度Ｖ０よりも遅い速度Ｖ１となる領域である境界層Ｂが形成される（図４参照）。
【００３２】
この状態でスリット１９部分における境界層Ｂの流速を、たとえば、ピトー管を用いて計測する。ピトー管は風洞３内に設置されているものがあればそれを用い、適当なものが無ければ適宜設置する。
この計測された境界層Ｂの流速を見て、スリット１９から境界層Ｂの気流を吸込めるように吸込ポンプ２１の吸込流量を調整する。
【００３３】
送風機５を止め、自動車４１を測定室に搬入する。自動車４１は図２におよび図３に示されるように、各タイヤ４３が支持部２９によって支持されるように設置される。天秤装置５５の受ローラ５７がタイヤを支持するように位置決め、設置する。
この状態で、送風機５を作動して気流速度を所定速度Ｖ０まで増加させる。このとき、タイミングを見て、ムービングベルト２５およびベルト部材５３を駆動し、その上面が気流方向Ｋに所定速度Ｖ０で移動するようにされる。
このベルト部材５３によりタイヤ４３が回転される。
【００３４】
吸込ポンプ２１を作動し、スリット１９から床面１５近傍の気流を吸い込むようにする。吸込ポンプ３５を作動し、側部吸込部２３の貫通孔３３から側部吸込部２３の上方の気流を吸い込むようにする。図示しない吸込ポンプを作動し、吸込箱３９の貫通孔４６から吸込箱３９の上方の気流を吸い込むようにする。
このように各部の動作が所定の状態となったら自動車４１にかかる空気力の計測を開始する。
【００３５】
送風機５で発生した気流は、風洞３内を通り、熱交換部１３で所定の温度に調整され、整流部１１で整流され、予め設定された所定速度Ｖ０で設置部１７へ導入される。
このとき、気流は床面１５と接触し摩擦を受け、床面１５近傍に所定速度Ｖ０よりも遅い速度Ｖ１となる領域である境界層Ｂが形成される。境界層Ｂは図４に示されるように床面１５との接触が長くなるほど厚くなっていく。
【００３６】
設置部１７へ入る直前でスリット１９が床面１５近傍の減速した気流を吸い込むので、スリット１９の近傍の気圧が低下する、すなわち、負圧となる。スリット１９近傍が負圧となると、気圧を均一にすべく周縁の空気、すなわち、境界層Ｂを形成している空気が流入してくる。言い換えると、境界層Ｂの空気がスリット１９に引っ張られ加速されることになる。スリット１９は常時空気を吸い込んでいるので、この動作が継続的に行われることになる。
このように境界層Ｂの気流はスリット１９に吸い込まれ、気流は上下方向で略均一な所定速度Ｖ０を持つ状態とされ、設置部１７に導入される。
【００３７】
設置部１７を高速の気流が通過すると、この気流に引っ張られて設置部１７の側方で発達した減速した流れが設置部１７へ流入する。
設置部１７の両側部に配置された側部吸込部２３が、設置部１７の側方から流入する流入気流Ｒを吸い込むので、この流入気流Ｒが気流に及ぼす影響を抑制することができる。
【００３８】
設置部１７へ導入された気流の内、ムービングベルト２５の上方を通過するものは、ムービングベルト２５が所定速度Ｖ０と略等速で移動しているので、ムービングベルト２５と気流との間に摩擦が生じない。
このため、ムービングベルト２５の上方の気流は図４に示されるように上下方向で略均一な所定速度Ｖ０を持った状態で移動することになる。
【００３９】
一方、吸込部２７の上方を通過する気流は、ベルト表面が気流と略同速度で移動している支持部２９を除き、固定した吸込箱３９の上板４５面と接触するので、両者の間に生じる摩擦によって境界層Ｂが発生する。
吸込箱３９の上板４５の上方を通過する気流は、その略全長に亘り貫通孔４６から常時吸い込まれているので、発生した境界層Ｂは薄い間に貫通孔４６から吸い込まれる。このため、境界層Ｂが大きくなることがないので、吸込部２７の上方の気流は図４に示されるように上下方向で略均一な所定速度Ｖ０を持った状態で移動することになる。
なお、境界層Ｂは下流側に行くほど厚くなるので、境界層Ｂを確実に吸い込む意味で、吸込箱３９での吸込み量を下流側に向かうほど大きくなるようにしてもよい。
【００４０】
自動車４１のタイヤ４３が支持部２９に支持されているので、床面より上方に自動車４１を支持する部材、たとえば、支柱、ワイヤ等を用いる必要がない。
タイヤ４３を支持するベルト部材５３は気流と略同速度で移動しているので、気流との間に摩擦が略発生しない。このように、支持部２９は通過する気流を乱すことがない。
【００４１】
このようにして設置部１７に設置された自動車４１に対して略均一な速度分布を有する気流を供給できるので、自動車４１に作用する空気力を厳密に、より実際に近い状態で測定することができる。
【００４２】
略一様な流れである気流が自動車４１に作用すると、自動車４１には基準の圧力よりも高い正圧部分と低い負圧部分とが形成される。正圧部分および負圧部分の間に生じる圧力差が自動車４１に作用する空気力となる。自動車４１は、空気力によって上方へ押し上げられたり、あるいは、押し下げられたりする。
この自動車４１の傾斜を伴う上下方向の変動によって各受ローラ５７に作用する荷重が変動する。
【００４３】
受ローラ５７にかかる荷重が支柱５９に伝達され、ロードセル６１が歪量を測定することによって支柱５９にかかる荷重、すなわち、そのタイヤ４３から伝達された空気力を測定することができる。各ロードセル６１は各タイヤ４３に伝達された空気力を測定できる。
そして、基台６３は全ての支柱を支持しているので、基台６３に作用する荷重を測定すると、自動車４１に作用する空気力を測定することができる。あるいは、各支柱５９に設けられた４個のロードセル６１の荷重を合計することでも自動車４１の空気力を測定できる。
【００４４】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
たとえば、本実施形態では、設置部１７にムービングベルト２５を用いるようにしているが、支持部２９を除く部分を吸込箱３９で構成し、ムービングベルト２５を用いないようにしてもよい。
このようにすると、たとえば、自動車４１の搬入作業が容易に行える。また、可動部分が少なくなるので、調整等の準備作業が簡単となる。
【００４５】
また、本実施形態では、支持部２９が周回駆動されるベルト部材５３で構成されているが、支持部２９の構造はこれに限定されることはなく、たとえば、複数の回動されるローラによって支持するようにしてもよい。
さらに、回流型の風洞３を用いているが、吹き放し型等、適宜形式の風洞を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態にかかる風洞試験装置の概略的構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる設置部を示す斜視図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ断面図である。
【図４】図２のＹ−Ｙ断面図である。
【図５】図２のＺ−Ｚ断面図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる上板を示す部分平面図である。
【図７】本発明の一実施形態にかかる上板の他の実施態様を示す部分縦断面である。
【図８】図７の部分平面図である。
【図９】本発明の一実施形態にかかる上板のさらに別の実施態様を示す部分平面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  風洞試験装置
３  風洞
５  送風機
７  測定室
１５  床面
１７  設置部
１９  スリット
２３  側部吸込部
２５  ムービングベルト
２７  吸込部
２９  支持部
４１  自動車
４３  タイヤ
５５  天秤装置
【図１】
0004256900.tif 000002
【図２】
0004256900.tif 000003
【図３】
0004256900.tif 000004
【図４】
0004256900.tif 000005
【図５】
0004256900.tif 000006
【図６】
0004256900.tif 000007
【図７】
0004256900.tif 000008
【図８】
0004256900.tif 000009
【図９】
0004256900.tif 000010