JPH09210841A - 天秤動的校正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 風洞に適用される空気力計測装置である天秤
動的校正装置に関し、１種類の装置で６分力方向の加振
が可能で機構を簡素化し、風洞試験データの供試体系振
動成分をソフトにより除去可能とする。 【解決手段】 架台１内には供試体７を支持する供試体
支持部２、荷重駆動部５が互に位置調整可能に取付けら
れている。これらの間に荷重検出器４を破断部３を取付
け、破断部３はくびれ部８を持った金属片からなる。荷
重駆動部５には電動モータ及びジャッキが設けられ、破
断部３へ荷重を与え、瞬時に破断することにより供試体
７に内挿した天秤にステップ状の入力を与え、供試体の
振動応答特性を得る。（Ａ）は軸力方向、（Ｂ）のよう
に５、７の位置を変更し、軸力以外の５分力方向の入力
負荷を与えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は通風時間が非常に短
かい風洞に適用される空気力計測装置である天秤動的校
正装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】風洞に適用される空力計測である天秤の
動的校正は、天秤を含む供試体系の固有振動数、慣性質
量、減衰係数等を取得し、風洞試験データ中から、この
供試体系の振動の影響を除去する為に行うものである。

【０００３】図５はこのような従来の天秤を含む供試体
系の構成図であり、本方式は、ある一定の振動数で、天
秤を含む供試体系３０に連続的に加振し、これに対する
天秤出力の振動応答特性を取得するものである。（Ａ）
はＸ方向の加振台となるもので、ロール加振も可能とな
り、図示のように天秤を含む供試体系３０は板バネ３１
と加振台３３を有し、工場エア３２で供試体系３０をＸ
方向に加振する。（Ｂ）は同じく板バネ４１と加振台４
３を有する天秤を含む供試体系４０を工場エア４２で加
振し、供試体をＹ、Ｚ方向に加振するものである。

【０００４】このような供試体系の加振方向は図５
（Ａ）に示す様な供試体機軸（Ｘ）方向及び機軸まわり
の回転（ロール）方向、（Ｂ）に示すような供試体系に
おいて供試体機軸に垂直な２軸（Ｙ、Ｚ）方向及び本２
軸まわりの回転（ピッチ、ヨー）方向と６分力方向の加
振が可能であるが、このような６分力方向の加振を行う
には二種類の異なるタイプの加振装置が必要である。

【０００５】また、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すような工
場エアによる加振の振動数及び加振台３３、４３支持用
の板バネ３１、４１の固有振動数の設定は、天秤を含む
供試体系３０、４０の固有振動数に基づいて行う必要が
ある。これらの理由により加振台の機構が煩雑となり、
コストがかさんでいた。

【０００６】次に従来技術による装置は、１〜数ｔｏｎ
級の容量を有する天秤に対しては、加振力が相対的に小
さく、天秤出力の振動応答特性を把握する上では、出力
が小さい為、不向きであった。

【０００７】更には、本装置では、天秤を含む供試体系
３０、４０の減衰係数を求めることが出来ない為、風洞
試験時に取得された減衰現象を含むデータに対するデー
タ処理手法が極めて限られるという欠点があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述のように従来の技
術においては、二種類の加振装置が必要であり、加振台
の機構も煩雑となり、容量の大きい天秤に対しては出力
が小さく、又、天秤を含む供試体系の減衰係数を求める
ことができない、等の不具合があった。

【０００９】本発明は、上記の従来技術の問題点を解決
するため、次の４点を満たす天秤動的校正装置を提供す
ることを目的としてなされたものである。

【００１０】（１）一種類の校正装置で６分力方向の加
振が発生出来る。

【００１１】（２）機構を極力簡略化し、コスト低減を
はかる。

【００１２】（３）天秤容量の極めて大きいものに対し
ても校正可能。

【００１３】（４）天秤を含む供試体系の減衰係数も求
めることが出来る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、架台
と；同架台内の一端で取付位置変更可能に固定されると
共に天秤を含む供試体の一端を支持する供試体支持部
と；前記架台内の他端で前記供試体と対向して取付けら
れ、前記供試体支持部の取付位置変更の際に、同供試体
との位置を調整可能に取付けられた荷重駆動部と；同荷
重駆動部に取付けられた荷重検出器と；同荷重検出器と
前記供試体との間に取付けられ、所定の荷重により破断
する破断部とを具備してなり、前記荷重駆動部により前
記供試体に所定の荷重を加え、前記破断部を瞬時に破断
することにより、前記荷重検出器でその荷重を検出する
と共に前記供試体に内挿された前記天秤にステップ状負
荷入力を与えることを特徴とする天秤動的校正装置を提
供する。

【００１５】本発明は、このような手段により、荷重駆
動部より破断部に対し、天秤を含む供試体系に静的に負
荷を加え、瞬時にこれを開放する、１回加振方式を採用
することにより、ステップの負荷入力を与える。この１
回加振方式によるステップ状入力に対する系の振動応答
特性として、系の固有振動数、慣性質量のみならず、減
衰係数を取得する。

【００１６】この方式により、供試体支持部の取付位置
を変更し、これに合せて荷重駆動部を移動し、供試体へ
の負荷位置を適正な位置となるように調整し、一種類の
装置で６分力方向の加振が可能となり、風洞試験データ
の減衰成分に対するデータ処理も汎用性を有する様にな
る。この方式により天秤振動応答の減衰特性が把握さ
れ、風洞試験データにおいて、ソフトウエアによる供試
体系の振動成分除去が可能となる。

【００１７】また、供試体系の固有振動数に無関係に機
構を組み立てることが出来る為、機構が簡易であり、コ
スト減になる。また、負荷開放機構として、例えば、破
断部をくびれを有する金属試験片等を用い、これを電動
モータ及びジャッキ等で駆動するようにすれば必要な負
荷量に応じてくびれ部の径を調整し、数ｔｏｎ級の負荷
に対するステップ入力を加振することが可能となる。

【００１８】さらに、この破断部をくびれを有する金属
試験片でなく、電気抵抗を有する針金等を用い、高電流
を流して瞬時に溶融させて破断し、ステップ入力とする
こともできる。この方式によれば、荷重が一定の状態で
破断するため、荷重の微調整が可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の
実施の第１形態に係る天秤動的校正装置の構造を示し、
（Ａ）は軸力（Ｘ）方向のステップ入力負荷の場合の装
置側面図、（Ｂ）はその他の５分力方向のステップ入力
負荷に適用した場合の装置側面図、（Ｃ）は破断部Ｐの
拡大図である。

【００２０】これら図において、第１形態の装置は、架
台１、供試体７を取付ける供試体支持部２、破断部３、
荷重検出器４、荷重駆動部５、及び撓み角調整機構６か
ら構成される。

【００２１】破断部３は（Ｃ）のＰ部拡大図に示すよう
にくびれ部８を有する金属試験片であり、材料は伸びが
小さく、張力の大きいアルミ合金（７０７５）を用い、
静的荷重を加え、これを瞬時に開放するように破断がス
テップ状に現れる様にした。荷重駆動部５には、高負荷
が実現できる電動モータ及びジャッキを用いた。荷重検
出器４には、破断時に荷重を高精度に記録するため、高
精度ロードセルを用いた。また、撓み角調整機構６は、
高負荷に伴う供試体７の傾き角の変化を応答性良く把ら
れ、破断時の供試体角度をゼロとし、負荷の方向の他分
力への影響を防いでいる。

【００２２】このような構成で、供試体７の軸力（Ｘ）
方向のステップ入力負荷の場合には図１の（Ａ）のよう
に供試体７を供試体支持部２に取付けて校正する。その
他の５分力方向のステップ入力負荷の場合には（Ｂ）に
示すように供試体７を供試体支持部２を介して撓み角調
整機構６に取付け、５分力方向の負荷位置の変更は、供
試体７に対する荷重駆動部５の相対位置が移動、調整で
きるようになっており、荷重駆動部５側の架台１に対す
る位置を調整することにより行うことが出来る。

【００２３】校正を行う時は、荷重駆動部５の駆動モー
タまたはジャッキにより、荷重を次第に増加させてい
き、予め予想されている破断部３の試験片破断荷重近傍
で破断した際の荷重を荷重検出器４で計測し、供試体に
内挿した天秤の振動出力応答を併せて取得する。

【００２４】次に、図２は本発明の実施の第２形態に係
る天秤動的校正装置の側面図であり、図において供試体
支持部２を風洞支持台１２に取付け、破断部３、荷重検
出器４を取付けた荷重駆動部５を荷重駆動部支持台１１
に取付けて、図示のように荷重駆動部５と供試体支持部
２を破断部変角範囲１３、供試体変角範囲１４の範囲で
移動可能とし、風洞取付状態としたものである。

【００２５】次に、図３は本発明の実施の第３形態に係
る天秤動的校正装置の図で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は
Ｒ部の拡大図である。（Ａ）において、図１に示す実施
の第１形態と異るところは、荷重駆動部５には駆動モー
タ及びジャッキの代りに高電圧電源２０を設け、破断部
３のくびれ部を有する金属片の代りに、破断部２３とし
たものである。

【００２６】破断部２３は（Ｂ）の拡大図に示すよう
に、供試体７側の固定治具２１ａ、荷重検出器４側の固
定治具２１ｂの間に電気抵抗が大きい針金２２を固定し
て取付け、固定治具２１ｂには高電圧電源２０より高電
圧が印加され、電流Ｉを流すような構成である。

【００２７】このような実施の第３形態によれば、破断
部２３を高負荷の増加による破断ではなく、高電圧電源
２０より、破断部２３の針金２２に高圧電流を瞬時に流
すことにより、破断部２３の針金２２を溶融し、破断さ
せる方式であり、破断時の荷重が一定の状態で破断する
為、荷重の微調節が可能である。この場合、破断部２３
は、図示のようにくびれを設けた金属試験片である必要
はなく、ある一定の太さの針金２２であればよい。

【００２８】図４は本発明の天秤動的校正装置を適用し
た風洞試験データであり、時刻Ｔ₁に風洞通風を開始
し、Ｔ₂ に終了した場合の天秤出力を示す。本発明の天
秤動的校正装置により天秤を含む供試体の系にステップ
入力を与え、このステップ入力に対する系の振動応答特
性が求められる。この供試体系の振動成分を風洞試験デ
ータから除去することができる。図４において、（ｂ）
が供試体の振動成分除去前のデータであり、（ａ）が供
試体の振動成分除去後（真の空気力成分）のデータであ
る。

【００２９】以上、説明の実施の第１乃至第３形態によ
れば、架台１に供試体支持部２と荷重駆動部５を取付
け、これらの間に荷重検出器４と破断部３または２３を
固定し、供試体支持部２の取付位置の変更、及び荷重駆
動部５による供試体７への負荷位置の調整を行うことに
よって天秤を含む供試体系に破断部３または２３を介し
て静的に負荷を与え、瞬時にこれを開放する、１回加振
方式を採用することができ、これによりステップ入力に
対する系の振動応答特性を取得するようにし、一種類の
装置で６分力方向の加振が可能となる。

【００３０】

【発明の効果】以上、具体的に説明したように本発明
は、架台、架台内に取付けた天秤を含む供試体を支持す
る供試体支持部、供試体に対向して取付けられた荷重駆
動部、荷重駆動部に設けた荷重検出器及び荷重検出器と
供試体の間に設けた破断部とを設けた構成を特徴として
いるので次のような効果を奏する。

【００３１】（１）従来型装置では必要であった天秤を
含む供試体系の固有振動数と架台の加振振動数とのマッ
チング調整作業（系の固有振動数把握の為の解析作業を
含む）が不要となる。また、１種類の装置で６分力方向
の加振が可能となる。これにより、機構がかなり簡素化
され、コスト減に大きく寄与することになる。

【００３２】（２）１回加振方式により、天秤振動応答
の減衰特性の把握が可能となるため、データ処理手法に
より汎用性が現れ、従来手法では、加速度計等天秤以外
のハードによる供試体系の振動成分除去にしか適用出来
なかったものが、ソフトによる振動成分除去が可能とな
る。

【００３３】（３）１回加振方式により、数ｔｏｎ級レ
ベルの負荷が可能となるため、世界最大規模の衝撃風洞
に対しても対応可能な天秤動的校正装置となるのであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態に係る天秤動的校正装
置の図で、（Ａ）はＸ軸方向のステップ入力負荷の場合
の側面図、（Ｂ）はその他５分力方向のステップ入力負
荷の場合の側面図、（Ｃ）はＰ部拡大図を、それぞれ示
す。

【図２】本発明の実施の第２形態に係る天秤動的校正装
置の側面図である。

【図３】本発明の実施の第３形態に係る天秤動的校正装
置の図で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）はそのＲ部拡大図で
ある。

【図４】本発明の天秤動的校正装置を適用した風洞試験
データに対する供試体振動成分の影響を示す図である。

【図５】従来の天秤動的校正装置の構成図で、（Ａ）は
Ｘ軸方向、（Ｂ）はＹ、Ｚ軸方向での加振を行う装置を
それぞれ示す。

【符号の説明】

１ 架台 ２ 供試体支持部 ３，２３ 破断部 ４ 荷重検出器 ５ 荷重駆動部 ６ 撓み角調整機構 ７ 供試体 １１ 荷重駆動部支持台 １２ 風洞支持台 １３ 破断部変角範囲 １４ 供試体変角範囲 ２０ 高電圧電源 ２１ａ、２１ｂ 固定治具 ２２ 針金

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 架台と；同架台内の一端で取付位置変更
   可能に固定されると共に天秤を含む供試体の一端を支持
   する供試体支持部と；前記架台内の他端で前記供試体と
   対向して取付けられ、前記供試体支持部の取付位置変更
   の際に、同供試体との位置を調整可能に取付けられた荷
   重駆動部と；同荷重駆動部に取付けられた荷重検出器
   と；同荷重検出器と前記供試体との間に取付けられ、所
   定の荷重により破断する破断部とを具備してなり、前記
   荷重駆動部により前記供試体に所定の荷重を加え、前記
   破断部を瞬時に破断することにより、前記荷重検出器で
   その荷重を検出すると共に前記供試体に内挿された前記
   天秤にステップ状負荷入力を与えることを特徴とする天
   秤動的校正装置。