JPH0581852B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、計測部へ気流を通過させる風洞装置
に用いられ、気流発生時の騒音を低減することが
出来る風洞用ノズルに関するものである。

［従来の技術］ ノズルとベルマウス部との間の開放空間に計測
部を有するオープン形或いはセミオープン形の風
洞や、開放空間へ直接気流を吹き出す型の風洞で
は、計測部に発生する騒音の主要成分はノズルか
らの渦放出音や噴流騒音である。

第９図は、その様な風洞で用いられるノズルか
ら噴出する噴流の状態を示している。そして、ノ
ズル１から噴出する噴流には、符号２で示す主流
（コア流）と符号３で示す剪断流とがある。

この剪断流３は、ノズル先端部４から放出され
た渦（第９図では図示せず）、及び主流２とその
周囲に存在する静止流体との速度差に基づく運動
量の不安定、等から発生するものである。この内
部では局所流速や圧力が大きく変動しているた
め、剪断流３はその周囲へ噴流騒音（符号５で示
す）を発生する。また、ノズル１の内面における
境界層に起因する渦がノズル先端部４から放出さ
れるので、渦放出に基づく音（符号６で示す）が
ノズルの周囲に放出されて騒音の原因となる。

なお、副次的な騒音源として乱流による騒音が
あり、これは噴流の下流側の乱流域からの放射さ
れるものである。

ここで、風洞用ノズルからの噴流騒音、特に第
９図中符号５，６で示されている騒音を防止する
ことが出来れば噴流騒音は大幅に軽減する。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来の技術では有効な騒音防止技術は
提供されていなかつた。

例えば、２重ノズルを用いて同軸二重気流を形
成すれば噴流騒音が低減される旨は当業者に良く
知られているが、副噴流を与えるための複雑な装
置や配管系が不可欠であるという問題が存在す
る。

また、ノズル１の先端部に噴流騒音防止作用を
奏する特別なアダプタを付加することも提案され
ているが、該アダプタ自体が高周波成分の気流騒
音（風切り音）を発生してしまうという問題があ
つた。

さらに、高速噴流の場合にはノズル先端からの
渦放出音は噴流騒音に比較して小さくて目立たな
いため、この渦放出音に対する防止技術は噴流騒
音に対する技術に比較して研究がなされていな
い。従つて噴出騒音を低減する技術を研究すれば
する程、ノズル先端からの渦放出音が騒音源とし
てクローズアツプされてしまうのである。

本発明は上記した従来技術の各種問題に鑑みて
提案されたもので、ノズルからの噴流が生ずる騒
音を有効に低減することが出来る風洞用ノズルの
提供を目的としている。

［課題を解決するための手段］ 発明者は種々研究及び検討の結果、次のことを
見出だした。

噴流騒音の大きさは噴流周囲に剪断流の強さ
（流速の変化率）に依存し、この剪断流の強さは
ノズル内面の境界層の影響を受けている。そし
て、この境界層においては、層流境界層は乱流境
界層の比較して周方向に同時性がある剪断流をつ
くり易い性質があり、且つ同時性がある渦放出に
ついても乱流境界層よりも行い易いという性質が
ある。

従つて、ノズル内面の境界層を乱流境界層にし
てしまうこと、周方向の境界層の厚さを非一様に
することにより、境界層内の（流体力学的な各因
子の）周方向の同時性を弱め、或いは境界層を
（主流に大きな影響を与えない範囲で）厚くする
ことにより、剪断流の強さを弱め、剪断流に基づ
く噴流騒音や渦放出騒音を低減することが可能と
なる。

ここで、気流が高速で流れるノズルの後半部
（下流側の半分部）の内面側に境界層を制御する
手段を取り付けると、その手段自体が風切り音
（剥離流れ騒音）を発生して新たな騒音源となつ
てしまうという事にも留意する必要がある。

本発明の風洞用ノズルは、計測部へ気流を通過
させる風洞装置に用いられる風洞用ノズルにおい
て、ノズル上流側の風洞ダクトの内壁面に境界層
制御機構を設けている。

本発明の実施に際して、前期風洞装置は計測部
が開放空間にあるタイプのものでも或いは半開放
空間にあるタイプのものでも良い。また、回流式
の風洞でも吹き出し形式の風洞でも本発明を実施
することが出来る。さらに、ノズル吹出し口断面
が円形でも多角形でも良い。

ここで前記境界層制御機構としては、ボルテツ
クスジエネレータ形式のものを用いるのが好まし
い。また、ノズル内面の表面粗さを部分的に大き
くして境界層の制御を行うように構成することも
好ましい。さらに、二次気流注入方式により境界
層の制御を行うように構成することも好ましい。

これに加えて本発明を実施するに際しては、ノ
ズル（縮流洞）よりも上流の整流装置部でダクト
内壁面近傍の流れに乱れを与えたり、その流れの
流速を主流よりも遅くする様に構成するのが好ま
しい。

［作用］ 上記した様な構成を有する本発明の風洞用ノズ
ルによれば、ノズル上流側の風洞ダクトの内壁面
に設けた境界層制御機構により、ノズル内面の境
界層を乱流境界層にする。周方向の境界層の厚さ
を非一様にする。或いは境界層を主流（コア流）
に大きな影響を与えない範囲で厚くすることが出
来る。そしてこれにより、境界層内の流体力学的
な各因子の周方向の同時性を弱め、剪断流の強さ
が弱まつて、剪断流に基づく噴流騒音や渦放出騒
音を低減することが可能になる。従つて、従来は
低減化が困難であつたノズル吹き出し口周辺から
発生する気流騒音を、効果的に低減することが出
来るのである。

また本発明では、境界層制御機構をノズル上流
側の風洞ダクトの内壁面に設けてあり、このノズ
ル上流側の風洞ダクトにおいては気流の流速は比
較的低速であるため、境界層制御機構自体が風切
り音（剥離流れ騒音）を発生して新たな騒音源と
なつてしまう事は無い。

さらに、境界層制御機構をノズル上流側の風洞
ダクトの内壁面に設けたことから、風洞自体の寸
法は従来のものと略々同一で良い。また、その構
成が比較的シンプルであるため、二重ノズル構造
としたりノズル先端に特殊なアダプタを付加した
場合の様に構成がやたらと煩雑化することも無
い。

［実施例］ 以下、第１図乃至第８図を参照して、本発明の
実施例について説明する。なお、第１図〜第８図
において、同一の部材には同一の符号を付して重
複説明を省略する。

第１〜４図は本発明の第１実施例を示してお
り、全体を符号１０で示す風洞装置は風洞用ノズ
ル１２とその上流にある風洞ダクト１４とを含ん
でいる。そして、風洞ダクト１４の内壁面１６に
はボルテツクスジエネレータ形式の境界層制御機
構１８が複数個配置されている。このボルテツク
スジエネレータ形式の境界層制御機構１８は、そ
の具体例が第２〜４図で示されている。

第２図に示すボルテツクスジエネレータ形式の
境界層制御機構２０は、内壁面１６（第１図）に
接触する基部２２及びそれと垂直な垂直部分２４
とが長方形をしている。また、第３図に示す境界
層制御機構２６は、円形の基部２８と円筒形の垂
直部３０とを有している。第４図に示す境界層制
御機構３２においては、基部３４は長方形をして
いるが垂直部３６は三角形となつている。

第１〜４図の第１実施例によれば、風洞ダクト
１４の内壁面１６に設けたボルテツクスジエネレ
ータ形式の境界層制御機構１８（２０，２６，３
２）によつて、風洞ダクト１４内の境界層は乱流
境界層となり、周方向の境界層の厚さが非一様に
なり、或いは主流（第１図の矢印Ｍ）に大きな影
響を与えない範囲で境界層が厚くなる。これによ
り、ノズル１４の内周の境界層内の流体力学的な
各因子の周方向の同時性が弱められ、剪断流に基
づく噴流騒音（第１図の符号５で伝播を示す音）
や渦放出騒音（第１図の符号６で伝播を示す音）
が低減される。

第５図は本発明の第２実施例を示している。こ
の実施例では、風洞ダクト１４の内壁面１６にシ
ート状の材料４０が貼付されている。第５図では
さほど明瞭ではないが、このシート状材料４０は
表面粗さが大きい材質を持つ。このシート状材料
４０としては、金鋼、パンチングメタル板、布ヤ
スリ、人工芝、或いは一方向性表面加工を施した
特殊樹脂膜等を用いることが出来る。

またシート状材料４０は、風洞ダクト１４の内
壁面１６の周方向へ不均一に貼り合わされてい
る。

なお、シート状材料４０の替りに固体微粒子
（図示していない）を風洞ダクト１４の内壁面１
６に吹付けて固着しても良い。

この第２実施例の作用は、第１実施例の場合と
略々同じであるので説明は省略する。

第６図は本発明の第３実施例を示している。こ
の実施例では、風洞ダクト１４の内壁面１６に形
成した開口４４を介して二次気流４６が該ダクト
内へ噴出する様に構成されている。この開口４４
は配管４８を介して吸音貯気槽５０に連通してお
り、該吸音貯気槽５０は図示しない（二次気流
の）空気源へ接続している。

ここで、風洞ダクト１４内へ噴出、注入される
二次気流４６は吸音貯気槽５０等により低騒音と
なつているが、敢て低乱流とする必要は無い。

この第３実施例によれば、二次気流４６を噴出
させるとにより、風洞ダクト１４内の内周面１６
の境界層が乱流境界槽となり、周方向の境界層の
厚さが非一様となり、或いは境界層が厚くなるの
である。その他の作用については、第１、第２実
施例と略々同様である。なお、この吸音貯気槽５
０の近くに、二次気流の流の流量を調節する制御
機構（制御弁など）を取付けてもよい。

第７図及び第８図は本発明の第４実施例を示し
ている。この第４実施例は、風洞ダクト１４内の
整流装置部５２（第７図）において乱れ発生体５
４を設けたものである。

この乱れ発生体５４は、風洞ダクト１４内の境
界層の流れを層流ではなくて乱流となる様に制御
する、あるいは低抗体となつて周辺流れの流速を
遅くする作用を有するものである。そして第８図
から理解される様に、この実施例では、乱れ発生
体５４は風洞ダクト１４の週方向へランダムに配
置されている。

この実施例によれば、風洞ダクト１４内の内周
面１６の境界層が厚くなる、あるいは乱流境界層
となるため、ノズル１２内の境界層の周方向の同
時性を弱めて剪断流の強さを低減して剪断流に基
づく噴流騒音や渦放出騒音を低減するものであ
る。

［発明の効果］ 本発明の作用効果を以下に列挙する。

(1) ノズル内流れの境界層内の周方向の同時性を
弱めて噴流の剪断流の強さを低減し、剪断流に
基づく噴流騒音や渦放出騒音を低減できる。

(2) ノズル吹き出し口周辺から発生する気流騒音
を効果的に低減出来る。

(3) 境界層制御機構自体が風切り音（剥離流れ騒
音）を発生して新たな騒音源となつてしまう事
が防止される。

(4) 風洞自体の寸法は従来のものと略々同一で良
い。

(5) その構成が比較的シンプルであるため、二重
ノズル構造としたりノズル先端に特殊なアダプ
タを付加した場合の様に構成がやたらと煩雑化
することも無い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す断面側面
図、第２図は第１実施例で用いられるボルテツク
スジエネレータ形式の境界層制御機構の一例を示
す斜視図、第３図はこの境界層制御機構の他の例
を示す斜視図、第４図は該境界層制御機構の更に
その他の例を示す斜視図、第５図は本発明の第２
実施例を示す断面側面図、第６図は本発明の第３
実施例を示す断面側面図、第７図及び第８図はそ
れぞれ本発明の第４実施例を示す断面側面図及び
横断面図、第９図は従来技術を示す側面図であ
る。 １，１２……ノズル ２……主流 ５，６……
騒音（の伝播波） １４……風洞ダクト １６…
…風洞ダクト内周面 １８，２０，２６，３２…
…ボルテツクスジエネレータ形式の境界層制御機
構 ４０……シート状の材料 ４４……風洞ダク
ト内周面の開口 ４６……二次気流 ５２……風
洞ダクト内の整流装置部 ５４……乱れ発生体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 計測部へ気流を通過させる風洞装置に用いら
   れる風洞用ノズルにおいて、ノズル上流側の風洞
   ダクトの内壁面に境界層制御機構を設けたことを
   特徴とする風洞用ノズル。