JPH0315140B2

JPH0315140B2 -

Info

Publication number: JPH0315140B2
Application number: JP61239916A
Authority: JP
Inventors: Takao Kikuchi; Shigeo Kayaba; Seizo Suzuki; Katsuichi Murota; Yasuyoshi Ando; Masataka Sotodate
Original assignee: KAGAKU GIJUTSUCHO KOKU UCHU GIJUTSU KENKYUSHOCHO
Current assignee: KAGAKU GIJUTSUCHO KOKU UCHU GIJUTSU KENKYUSHOCHO
Priority date: 1986-10-08
Filing date: 1986-10-08
Publication date: 1991-02-28
Also published as: JPS6394130A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、風洞実験において試験体のフラツ
タを速やかにかつ安全に停止させるためのフラツ
タ停止装置に関する。

従来の技術風洞試験におけるフラツタ実験では、試験体が
フラツタを発生すると、一般に数秒で破損する。
そのため、フラツタが発生すると素早くフラツタ
を停止させて試験体を保護する必要がある。

試験体のフラツタを停止させる方法として、大
きく分類すると、試験体を物理的に拘束する方
法、風速を減じて試験体に作用する動圧を小さく
する方法の２方法がある。

試験体を物理的に拘束する方法として、従来、
第１４図に示すように、試験体３０に数本の糸３
１を取り付け、その糸を測定部の外に居る人が引
つ張つて試験体を拘束してフラツタを停止させる
方法が行われている。この方法は、簡便であるけ
れど、糸によつて試験体近傍の気流が歪んだり、
糸に作用する空気力が試験体の空力弾性特性を変
化させる欠点があるので、使用する糸の本数を制
限しなければならない。このため、試験体の一部
分の大変形を拘束するだけで、各種のモードのフ
ラツタを停止させることは不可能である。それを
回避する為に、試験体を糸で引つ張ると同時に風
洞の風速を下げてフラツタを停止することも行わ
れているが、この場合、フラツタを停止するまで
３乃至５秒の時間を要し、この間での試験体の破
損が甚だしい。

また、動圧を小さくする方法として、従来集合
胴と測定部をバイパスする方法が知られている
が、これを行うためには、風洞を改善する大掛か
りな工事を必要とする。また、試験体を風洞気流
中に出入れする方法もある。この方法は、作動部
の構造が複雑になると共に、柔らかくて長いスパ
ンを持つた翼等の試験体の場合には作動部の始
動、停止による衝撃で試験体を破損することがあ
る。さらに、使い方によつてはフラツタ停止にも
使えるものとして、前進翼模型のダイバージエン
スを停止する目的で開発された装置である。この
装置の原理を第１５図によつて説明する。初めに
板３３を床に伏せておき、風速を増加して行く
と、ある流速で翼模型３２が大きな捩り曲げ変形
を起こして破損する（これを「ダイバージエン
ス」と云う）。破損直前に板３３を斜めに起こし
て気流の一部を斜め上方に偏向させると翼模型３
２の翼端に働く空気力は、前進角が小さくなつた
場合と同じように働き、ダイバージエンスが発生
する速度が上昇する。さらに板３３が気流をさえ
ぎることによつて翼模型３２に加わる空気力（動
圧）を減少させ、その翼模型３２の捩り曲げ変形
を小さくして破損を防止（ダイバージエンスの停
止）するものである。

この装置は、翼模型に加わる動圧を減少させる
ことが出来るので、フラツタ停止にも使用できる
と云える。しかし、この方法には次のような問題
点がある。

この装置において、板３３による気流の偏向
は、第１５図に見るように、前進翼模型の場合、
翼の前進角が小さくなつたのと同じ空気力が翼模
型に働くことを意味する。この実効的な前進角と
ダイバージエンス、フラツタを起こす速流との関
係を第１６図に示す。図から明らかなように、前
進角とフラツタ速度との関係曲線の勾配が小さい
ため、偏向流によつて実効的に翼模型の前進角を
小さくする方法では、フラツタ停止効果は大変小
さい。さらに翼模型が後退角を持つようになつて
も後退角とフラツタ速度との関係曲線の勾配が小
さいために偏向流によつて実効的に後退角を大き
くする方法では、顕著なフラツタ停止効果はな
い。

また、第１５図の斜めに起こした板３３は、そ
の後流を減速して翼模型３２のフラツタを停止さ
せるけれども第１７図の板３５の後流に見られる
ような強い気流の乱れを作るので翼模型は強く励
振される。そのため、このダイバージエンス停止
装置で翼模型のフラツタ停止を繰り返すと、翼模
型を破損するおそれが非常に大きい。次に、この
装置の構造は、空気抵抗の大きい板を気流に逆ら
つて素早く押し立てるためには、大きい圧力のア
クチユエーターを必要とすると共に、板は大きい
剛性を必要とし、重量の重いものを使用しなけれ
ばならない。

発明が解決しようとする問題点本発明は、上記従来のフラツタ停止装置の欠点
に鑑み創案されたものであつて、試験体がフラツ
タを発生すると同時に作動してフラツタを確実に
停止することができ、しかもフラツタ停止後気流
が乱れて試験体を大きく振動させることなく、そ
して構成が簡単であり、従来の風洞を大幅に改造
することなく適用することができる様な風洞実験
におけるフラツタ停止装置を提供することを目的
とするものである。

問題点を解決するための手段上記問題点を解決するための本発明のフラツタ
停止装置は、多数の通風孔を有するパネルを使用
することによつて主流方向の風速を大幅に減速整
流することができ、試験体に作用する動圧を下げ
る事ができるという原理に着目して完成されたも
のである。

即ち、本発明は、風洞実験における試験体のフ
ラツタ停止装置であつて、風洞内の試験体支持位
置より上流位置の壁に気流に対向して起立可能に
設置する多数の通風孔を有するパネルと、試験体
にフラツタが発生すると前記パネルを起立させる
パネル駆動装置とを採用するという技術手段によ
つて前記問題点を解決したものである。

前記多数の通風孔を有するパネルとしては、フ
レームと該フレームに張られた金網から構成され
ているパネル、多孔板からなるパネル、平板に多
数のスリツトを形成したパネル等が採用出来る。

前記多数の通風孔を有するパネルを風洞内へ起
立可能に設置する形態としては、パネルを床に気
流と直角方向に起伏可能に枢着し試験体にフラツ
タ発生時に気流に対向して立ち上がらせるように
設置する形態、風洞の床または天井等の風洞壁面
からフラツタ発生時に風洞内へ気流と直角に突出
させるように設置する形態等が採用できるが、前
者の形態が装置が簡単であり望ましい。

前記多数の通風孔を有するパネルの大きさは、
必ずしも試験体の前方全体を覆う必要はなく、試
験体によつては起立高さが試験体高さのほぼ40％
以上を覆う範囲にあれば良い。

前記パネル駆動装置としては、試験体に搭載し
た該試験体の振動を検出するセンサーの出力で試
験体のフラツタ発生を判定する安定判別器と、該
安定判別器の信号により制御されるアクチユエー
ターからなる駆動装置で起立駆動さる手段を採用
することによつて自動的に素早く起立させる出来
る。

作用多数の通風孔を有するパネルを採用することに
よつて、風洞の気流は起立したパネルの縁を通過
するものと通風孔を通過するものに分かれるの
で、パネルの縁から発生する渦が弱まると共に、
通風孔を通過するする気流は空気の粘性の影響を
受けて減速する。この減速の割合は、パネルの開
口比で決定される。ところで、試験体のフラツタ
は、該試験体固有のフラツタ動圧以上の気流動圧
がなければ発生しない。そして、気流動圧は気流
速度の２乗に比例しているので、パネルの開口比
を変えて気流の減速割合が試験体のフラツタ動圧
を下回るようにすれば、該試験体のフラツタを停
止させることができる。パネルの通風孔を通過し
た気流は、該通風孔によつて小さい均一な弱い乱
れを発生する。しかし、この乱れはパネルの縁か
ら発生する渦による乱れよりもはるかに小さい。
そして、この気流は、パネル１の縁から発生した
渦がパネルの背後に回り込もうとするのを排斥す
るので、該パネルの後流は大きく乱れることはな
い。このため、試験体は、フラツタ停止後に気流
の乱れによつて強く励振されて破壊することがな
い。

前記従来のダイバージエンス停止装置のよう
に、無孔のパネルを使用した場合と相違して、通
風孔を有するパネルは、その開口比を変えること
によつて、該パネルに作用する気流動圧と該パネ
ルの前後差圧を小さくすることが出来るので、パ
ネルに作用する力を軽減して、その分該パネルの
剛性を小さくして軽量化を行うと、パネル体の作
動時における慣性力が小さくなる。

このような特性を持つパネルを使用することに
よつて、出力の小さいアクチユエーターを使用で
きると共に、パネルを床面に起伏可能に設置した
場合、その起す向きは気流方向でも反対方向でも
容易に出来る。また、パネルを直立させても、パ
ネルの後流は、減速された乱れの小さい流である
ため、試験体のフラツタを停止させることができ
るので、偏向流を用いる方法の様に、試験体の取
付角に応じてパネルの立ち上がり角の調整は不要
である。

起立する前のパネルは、試験体を物理的に拘束
して試験体の空力弾性特性に影響を与えたり、試
験体の回りの気流を歪ませることがない。また、
パネルを起立する際に気流を乱して試験体に衝撃
を与えることがない。

パネルの大きさは、風洞断面全体を覆う必要は
なく、試験体によつては試験体の高さのほぼ40％
以上を覆う大きさであれば十分効果を奏するの
で、装置は大型にならず、その製作及び据付は容
易である。

実施例以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

まず、本発明における多数の通風孔を有するパ
ネルの特性について、第６図の装置により説明す
る。

第６乃至第７図は、多数の通風孔を有するパネ
ルとして金網を用いたパネルによる風洞実験例を
示す。

図において、７は試験体であるセミスパンが
200mmの翼模型であり、該翼模型７の弾性軸中心
から64mm上流の床６に蝶番５を固定し、該蝶番５
によつて、フレーム３と金網２で構成する縦170
mm×横80mmの大きさのパネル１を床６に起伏可能
に枢着した。パネル１の中央にパネル支持棒８の
一端が回転出来る状態で取り付けられている。該
パネル支持棒８の他端は、図示のように床６の開
口をとおつて風洞外に位置し、上記開口の直下に
設置されたマイクロスイツチ９をON，OFF出来
る様にして、パネル１の立上がり開始の信号を発
生出来るようにした。本実験においては、前記パ
ネル支持棒を人力で作動させて、パネル１を風下
に向かつて起立させるようにした。パネル１の起
立状態で、翼模型７の83％を覆うように構成され
ている。

翼模型の振動状態を検知するために、翼桁１１
に歪ゲージ１０を貼り、その出力はストレンメー
ター１２を介して、マイクロスイツチ９のON，
OFF状態を表す信号と共に、ペンレコーダー１
３と磁気テープ１６にも記録できる様にした。

また、金網２の後流減衰割合と金網の開口比と
の関係を調べる為に、第８図に示す様に翼模型７
の代りに翼模型の桁の中央に相当する位置に熱線
風速計のプローブ１７の先端が来るようにして、
該プローブ１７を起立したパネル１と平行な平面
上をスライドさせて風速を計測した。この時のプ
ローブの出力信号を磁気テープに記録した。

そして、比較例として、無孔板からるパネルに
ついても同様な実験をした。

以上の様な装置によつてフラツタ停止実験は、
次の様にして行なつた。

最初、パネル１は床に伏せて置き、風洞の風速
を次第に上昇させていく。翼模型７がフラツタを
発生した時点で、手動でパネル１の支持棒８を上
に少し持ち上げると、パネル１は風圧を受けて風
下に向かつ勢い良く立ち上がつて行く。このと
き、マイクロスイツチ９がパネル支持棒８が開放
されて、パネル１が動き始めた信号を出す。

パネル１が蝶番を中心に風下に向かつて45゜回
転した時、即ち50％立ち上がつて該パネル１の後
の減速された気流が翼模型７の42％の高さを覆つ
た時、翼模型７のフラツタを停止することが出来
た。さらに、パネル１を回転させて、最終的に床
に直角まで立ち上がらせ、翼模型７の高さの83％
を減速した気流で覆うようすることによつて、十
分余裕を持つてフラツタを停止させる事が出来
た。

上記実験におけるフラツタの停止状況を、翼模
型７の桁に貼つた歪ゲージ１０の出力とパネル１
の動きを示すマイクロスイツチ９のON，OFF信
号の記録によつて示すと、第９図ａ，ｂのように
なつた。また比較例として、無孔板で構成された
パネルで同様の実験を行つた結果を第１０図ａ，
ｂに示す。これらの図から明らかな様に、上記の
両パネルを採用してもフラツタを停止することが
出来るが、フラツタ停止後の翼模型の振動振幅
は、パネルに金網を使用した方が、無孔板を使用
した場合よりも、はるかに小さいことが判る。

また、第１１図は、上記実験において風速
13.5m／ｓの時に、パネル１が起立した時の後流
の風洞主流方向の変動をパワースペクトルで表し
たグラフである。第１２図は、同様な条件で無孔
板を使用した場合における結果を示すグラフであ
る。これらのグラフから明らかな様に、金網を使
用したパネルの後流は、０〜50Hzの間ではほぼ一
様なランダム波であり、パワースペクトルの変動
の平均値は、無孔板を使用したパネルのそれと比
較して約20デシベルも小さい。このことは、翼模
型のフラツタ停止後の振動振幅の違いに現れてい
る。

第１３図は、パネル後流動圧Ｐの風洞主流動圧
P₀に対する減少率ρ｛ρ＝（１−Ｐ／P₀）×100｝と金網２の開口比ｋの関係を示す。同図から明らかな
様に、開口比ｋを大きくすると、動圧減少率ρは
小さくなることが判る。開口比を大きくすれば、
パネル１に作用する気流動圧は小さくなるので、
フラツタを停止させるのに必要な動圧減少率ρは
略30％より小さくならない範囲で開口比を大きく
取ると、パネル１に加わる気流動圧とパネルの前
後差圧を小さくすることが出来る。そこで、パネ
ルに加わる力が小さくなつた分、パネルの剛性を
小さくして軽量化を行い、パネルの作動時の慣性
力を小さくすることが出来る。よつて、駆動装置
のアクチユエーターも出力の小さいものを用いる
ことが出来、フラツタ停止装置全体の軽量化を行
う事が出来ると共に、パネルを起す方向は気流方
向でも反気流方向でも容易に出来る。

さらに、第１３図と第１１図から判る様に、金
網を使用したパネルは、試験体のフラツタを停止
するのに十分な気流動圧を下げる能力があり、且
つパネルの後流の乱れが小さいので、試験体の翼
模型は前進角、後進角のどちらの場合にも、パネ
ルを直立させるだけで十分フラツタを停止させる
ことが出来る。

そして、パネル１は使用しないときには、床に
伏せて置くので、試験体を物理的に拘束すること
もなく、試験体のまわりの気流を歪めることもな
い。また、第１０図に示す様に、パネル１を起立
させた時にも試験体に衝撃を与えることがない。

次に、以上の様なパネル特性を有するパネルを
使用した本発明フラツタ停止装置の実施例を、大
型低速風洞での高アスペクト比翼模型のアクテイ
ブ・フラツタ・サプレツシヨン試験に用いた場合
について、第１図により説明する。

試験体としての翼模型７は、セミスパン1761
mm、翼根部のコード535mmの片持翼であり、該翼
模型は弾性軸を風洞の床６に固定してある。該翼
模型７の翼根の前縁から217mm上流の床に、本実
施例のフラツタ停止装置は設けられている。

パネル１は、大きさが縦1750mm×横700mmであ
り、25メツシユ開口比0.53の金網２とフレーム３
で構成されている。該パネル１は、前記翼模型の
翼根の前縁から217mm上流の床に固定されたボー
ルベアリングに回転軸１５を介して回転可能に支
持されている。１４は、該パネルの駆動装置のア
クチユエーターであり、本実施例では空気圧シリ
ンダを用いている。該シリンダのロツドの一端
は、パネル１とナツクルとブラケツトを用いてピ
ン結合され、シリンダの底部は床６の基礎にロツ
ドと同様にピン結合されている。前記空気圧シリ
ンダは、第３図に示す様に、パネル１の立ち上が
り速度を調整するためのスピードコントローラー
２５，２５′と、パネル１を起伏するための５ポ
ート電磁弁２６、パネル１を作動する力と速度を
調整する減圧弁回路２７を介して高圧空気源（７
Kgｆ／cm）に接続されている。

前記回転軸１５には、図示しないポテンシヨン
メーターが取り付けられ、パネル１の回転角を検
知するようになつている。上記実施例におけるパ
ネル１の最大回転角は、風洞の構造からくるシリ
ンダの取付条件のために、68.5度に設定されてい
る。そのため、パネル１の先端から床６までの垂
直最大高さは、1480mmとなり、翼模型７のセミス
パンの84％に相当する。

上記の構成からなる本実施例装置の、フラツタ
実験におけるフラツタ停止の作動を、第２図の制
御ブロツク図を参照しながら説明する。

最初、パネル１は床に伏せて置き、風洞の風速
を除除に上昇させていく。この間、翼模型７に搭
載してある加速度計１８の信号は、安定判別器２
１に導き、翼模型７の動的安定度を監視してい
る。翼模型がフラツタを起すと、安定判別器２１
又は手動スイツチ２２から、電磁弁２６と空気圧
シリンダよりなるパネル駆動装置に信号が送出さ
れ、パネル１が床から素早く立ち上がり、気流を
減速整流して翼模型７のフラツタを停止させる。
その際、パネル１の背後の気流の乱れが弱いの
で、フラツタ停止後の翼模型７が励振されて破壊
されることがない。

第４図ａ，ｂは、上記実験において、風速
45m／ｓの気流中にパネル１を立ち上がらせたと
きのパネル１の回転角を示すポテンシヨンメータ
ーの出力と、パネル１後方420mm、床６からの高
さ1200mmの気流の変化を示している。同図から明
らかな様に、パネル１の立ち上がり時間は0.75秒
で、パネル１が翼模型の高さを0.62％覆つた時
に、風速は11.2m／ｓ減速し、動圧減少率は44％
となり、フラツタを停止させるのに十分な動圧減
少率を達成していることが判る。

また、第５図ａ，ｂは、風速35m／ｓでフラツ
タを起した時に、パネル１が立ち上がつてフラツ
タを停止させた時のポテンシヨンメーターと加速
度計１８の出力を記録したグラフである。それに
より、パネル１は、フラツタ発生時より1.28秒で
起動開始していることが判る。この時間は、安定
判別器２１のパラメーターの設定の仕方で自由に
調節できるものである。この実験においては、フ
ラツタ・サプレツシヨンの実験であるために、目
視でもフラツタ現象を確認できる余裕をもつて起
動を開始する様にした。起動を開始したパネル１
は、0.7秒間で立ち上がりを完了し、ほぼ同時に
翼模型７の振幅を減少させ、該翼模型のフラツタ
を停止させている。この間、翼模型７の大振幅の
時続時間は、約１秒以内であるためその破損を防
止している。フラツタ停止後の翼模型の振動振幅
の減少割合は、最大振幅の約0.2倍と大幅に小さ
くなつている。そのため、翼模型７は、起立した
パネルの後流に曝され続けても破損することはな
い。この実験では、模型翼のフラツタを33回発生
させて停止させたが、該模型は破損されなかつ
た。

さらに、同グラフから、パネル１を速い速度で
作動させても、パネル１の背後の気流を乱さない
ことが判る。また、パネル１を床６に伏せている
間は、翼模型を物理的に拘束するものもなく、該
翼模型の周りの気流を歪ることもなかつた。

効果以上の説明からから明らかなように、本発明の
フラツタ停止装置によれば、試験体のフラツタを
直ちに停止させることが出来、しかもフラツタ停
止後の試験体の振動も小さいので、フラツタ実験
を繰り返し行つても試験体を破損させることがな
い。また、パネルに加わる風圧と前後差圧を小さ
く出来るので、パネルの起伏する方向は、気流方
向でも反対方向でも容易にできる。そして、装置
全体を軽量化でき、出力の小さいパネル駆動装置
を使用出来るので、装置が安価に製作できる。

また、通常はパネルは床から突出していない状
態にあるので、その間は試験体を拘束したり、試
験体の周りの気流を歪めることがない。

さらに、本発明のフラツタ停止装置は、主流方
向の風速を多数の通風孔を有するパネルを使用し
て大幅に減速整流して試験体に作用する動圧を下
げてフラツタを停止する原理を用いているので、
試験体が前進翼でも後退翼でも、それぞれのフラ
ツタを停止することが出来る。また、試験体に搭
載したセンサーの出力信号から該試験体の動的安
定判別回路を使用することによつて、自動的にパ
ネルを起立させて素早くフラツタを停止させるこ
とが出来る。

そして、パネルの大きさは試験体によつては試
験体の高さのほぼ40％以上を覆う程度で十分フラ
ツタ停止効果があるので、装置が小型化でき、製
作取付が容易であり、風洞の大きな改造も必要と
しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のフラツタ停止装置の実施例の
斜視図、第２図はその制御ブロツク図、第３図は
その駆動空気圧回路図、第４図はパネル背後の気
流速度変化を示すグラフ、第５図はパネルを立て
た場合の翼模型の振動振幅の変化を示すグラフ、
第６乃至第８図は本発明装置に係るパネル特性を
調べるための風洞実験の状態を示し、第６図はそ
の斜視図、第７図はパネルを床に伏せた状態の側
断面図、第８図はパネル背後の気流速度を熱線風
速計で測定している状態の斜視図、第９図は金網
パネルを使用した場合の翼模型の振動振幅変化を
示すグラフ、第１０図は無孔パネルを使用した場
合の翼模型の振動振幅変化を示すグラフ、第１１
図は金網パネルを使用した場合のパネル後流の乱
れ状態を示すグラフ、第１２図は無孔パネルを使
用した場合のパネル後流の乱れ状態を示すグラ
フ、第１３図は動圧減少率と開口比との関係を示
すグラフ、第１４図は従来のフラツタ停止方法を
示す斜視図、第１５図は従来のダイバージエンス
抑止装置の側面図、第１６図は翼の前進角と後退
角に対するフラツタ速度とダイバージエンス速度
の関係を示すグラフ、第１７図はレイノズル数
Re＝10⁵〜10⁶の場合の平板背後の気流の乱れを
示す状態図である。１：パネル、２：金網、３：フレーム、４，１
４：アクチユエーター、５：蝶番、６：床、７：
翼模型、８：パネル支持棒、９：マイクロスイツ
チ、１０，１９：歪ゲージ、１１：翼桁、１５：
回転軸、１８：加速度計、２０：センサー、２
１：安定判別器、２２：手動スイツチ、２３：操
作部、２５，２５′：スピードコントローラー、
２６：５ポート電磁弁、２７：減圧弁回路。

Claims

【特許請求の範囲】１風胴実験における試験体のフラツタ停止装置
であつて、風胴内の試験体支持位置より上流位置
の壁に気流に対抗してほぼ垂直に起立可能に設置
する多数の通風孔を有する風胴断面よりも小さい
１枚のパネルと、試験体にフラツタが発生すると
前記パネルを起立させるパネル駆動装置からなる
ことを特徴とするフラツタ停止装置。２前記多数の通風孔を有するパネルは、フレー
ムと該フレームに張られた金網から構成されてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
フラツタ停止装置。３前記多数の通風孔を有するパネルは、床に起
伏可能に枢着されていることを特徴とする特許請
求の範囲第１又は２項記載のフラツタ停止装置。４前記パネル駆動装置は、試験体に搭載した該
試験体の振動を検出するセンサーの出力で試験体
のフラツタ発生を判定する安定判別器と該安定判
別器の信号及び手動操作信号により制御されるア
クチユエーターからなることを特徴とする特許請
求の範囲第１，２又は３項記載のフラツタ停止装
置。