JPH1123412A - 乱流発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 風洞内での気流の乱れの鉛直成分の制御を可
能にする。 【解決手段】 風洞内に乱流を発生すべく揺動可能にか
つ左右対称に配設される布状部材を、上段の布31，13
1、中段の布32，132、下段の布33，133の３段に分割し
て構成し、各段の布の揺動をモーター61, 62, 63で個別
に制御することで、風洞内の乱流の鉛直成分の制御を可
能にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、乱流発生装置に関
し、特に橋梁、煙突、その他の構築物の耐風安定性の評
価に必要とされる空力性能データを得るための風洞実験
に好適な乱流発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、橋梁や煙突等、特定地域の地上
に設置される大型の構築物の、耐風性等の特性を検討す
るための空力性能データを得る手段の一つとして、風洞
実験が行なわれている。このような風洞実験を行なうた
め、構築物を模擬した模型を設置する風路に流される気
流は、構築物が設置される建設地点に生じる自然風の乱
流を風路内に再現して、建設地点での耐風現象等を模擬
することが重要であり、従来、風路に設置された構築物
の模型の上流側に、立体ブロックや三角板のスパイヤを
設けて、主流を乱し、自然風に近い乱れが生じる気流を
発生させて、再現要件の実現に努力が払われている。

【０００３】図１４は、このような再現要件の実現に、
従来使用されている風洞内乱流発生装置の一例を示す斜
視図である。図１４において、風洞風路の入口近くの床
面から鉛直に、しかも、主流05の方向（風軸ＯＰ）と直
交する面内の風路の幅方向に立設した複数個のスパイヤ
040は、３枚の直角三角板の共通の縁辺01を合わせて構
成され、３枚の直角三角板のうち、主流05と並行に配置
された後流板04は、床面に固定されている。また、直角
三角板のうちの２枚は、図１４に示すように、鉛直な縁
辺01を中心として揺動する左右の可動三角板としての揺
動板02ａ，02ｂを構成して、図１４に示す角度θ₁，θ₂
は互いに著しく且つ可変になっており、この三角形状の
揺動板02ａ，02ｂから乱れが発生し、風洞内に自然の風
に近い流れが再現できるようになっている。また、図１
５(ａ)〜(ｆ)に示すように、この流れを横切る三角形状
の揺動板02ａ，02ｂを鉛直軸01まわりに回し風の吹く方
向05からみた投影面積を変えることにより、平均風速の
高さ方向の分布030を任意に変えることができるように
なっている。

【０００４】さらに、ここでは図示を省略したが、供試
模型で模擬された構築物の建設予定地の自然風のデータ
を入力した外部データ記憶装置と、電算機とが装備され
ていて、風路内の気流の状態を検出するセンサからのデ
ータを入力して、解析および分析を行ない、その結果に
基づき、三角形揺動板の揺動角度や周期が決められ、こ
れにより自然風に近い気流が作られるようになってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来の装置で
は、風洞010内で、風の乱れ強さ（図１１の曲線ａが示
す風速の変動割合）の３方向成分［図１３における水平
方向（Ｖ成分），主流方向成分（Ｕ成分），鉛直方向
（Ｗ成分）］のうち、主流方向成分（Ｕ成分）に対する
制御は可能であるが、水平方向成分（Ｖ成分）および鉛
直方向成分（Ｗ成分）の各成分に対する制御が不可能で
あるという問題点がある。

【０００６】さらに、後流板04の後に発生させる乱れス
ケール（図１２における乱流中の渦ｂ₁，ｂ₂の大きさ）
については、３方向のいずれの成分に対する制御も不可
能であるという問題点がある。

【０００７】本発明は、上述した従来の乱流発生装置の
不具合を解消して、変化に富んだ、自然風を近似する乱
れの生じた気流を作ることができるようにして、供試模
型により模擬された構築物の建設地点の自然風に著しく
近い気流を発生させ、橋梁や煙突等の構築物の空力性能
を正確に予測できるデータの取得を可能にして、構築物
の耐風性能設計等をより確実にできるようにした乱流発
生装置を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、乱流発生装置
を、風洞内に垂直方向に回転自在に立設され同一の揺動
中心を有する複数の揺動軸と、同各揺動軸にそれぞれ水
平方向に突設された複数の水平部材と、同各水平部材に
それぞれ取り付けられた伸縮性に富んだ複数の布状部材
と、上記各揺動軸をそれぞれ個別に揺動可能な複数の揺
動駆動手段とをそなえて構成して課題解決の手段として
いる。

【０００９】また、乱流発生装置を、風洞内に垂直方向
に立設された支柱と、同支柱から回転可能に水平方向に
張り出された複数の水平回転軸と、同各水平回転軸にそ
れぞれ取り付けられた複数の板状部材と、上記各水平回
転軸をそれぞれ個別に回転可能な複数の回転駆動手段と
をそなえて構成して課題解決の手段としている。

【００１０】さらに、乱流発生装置を、風洞内に同風洞
内の風軸と直交する方向に垂直状に立設された複数の回
転軸と、同各回転軸にそれぞれ取り付けられた複数の板
状部材と、上記各回転軸をそれぞれ個別に回転可能な複
数の回転駆動手段とをそなえて構成して課題解決の手段
としている。

【００１１】さらにまた上記いずれかの乱流発生装置に
おいて、後流板としての固定板を、その垂直縁辺を上記
の揺動軸または支柱もしくは回転軸に沿うように上記風
洞の風路床面に立設固定して課題解決の手段としてる。

【００１２】本発明の乱流発生装置によれば、 (1) 従来の装置では風洞内で再現できなかった自然風の
乱れ強さ、乱れスケールの３成分（主流成分，水平成
分，鉛直成分）のうち、主流および鉛直成分の乱れ強
さ，乱れスケールを再現できる（第１実施形態）。 (2) 複数の板状部材をそれぞれ位相差をもって揺動させ
ることにより、鉛直方向のスケールの乱れを発生できる
（第２実施形態）。 (3) 風洞内で再現できる境界層乱流の３成分（主流成
分，水平成分，鉛直成分）のうち、主流および水平成分
に対して乱流成分の増幅が可能となる（第３実施形
態）。 (4) 複数の布状部材あるいは板状部材が、揺動軸あるい
は支柱もしくは回転軸の後流側に立設固定された固定板
の垂直縁辺に沿う鉛直軸を中心として揺動することによ
って、風洞内に対称状の乱流を発生できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の実施形
態について説明すると、図１〜６はその第１実施形態と
しての乱流発生装置を示しており、図１はその要部を示
す側面図、図２は同正面図、図３は同平面図、図４は同
斜視図、図５は同揺動駆動部を示す模式正面図、図６は
同布状部材の取付け部を示す模式正面図である。図７，
８はその第２実施形態としての乱流発生装置を示してお
り、図７はその正面図、図８は図７のＡ−Ａ矢視断面図
である。図９，１０は本発明の第３実施形態としての乱
流発生装置を示しており、図９はその正面図、図１０は
その乱流発生部単体の斜視図である。

【００１４】まず、図１〜６により、第１実施形態につ
いて説明すると、図４に示すように、風洞内において風
軸５の方向に沿うように後流板としての直角三角形の固
定三角板４が風路床面６に立設固定されている。

【００１５】そして、固定三角形板４の垂直縁辺に沿う
鉛直状の左側の上段揺動軸21が風路床面６に立設され、
この左側の上段揺動軸21に、図５，６に示すように右側
の上段揺動軸121，左側の中段揺動軸22，右側の中段揺
動軸122，左側の下段揺動軸23，右側の下段揺動軸123
が、それぞれ揺動可能に嵌挿されている。

【００１６】左側および右側の中段揺動軸22, 122にそ
れぞれ上下一対の杆状の水平部材22ａ，22ｂおよび122
ａ, 122ｂが、さらに左側および右側の下段揺動軸23, 1
23にそれぞれ上下一対の杆状の水平部材23ａ，23ｂおよ
び123ａ，123ｂが突設されている。また伸縮の強い布状
部材としての布32が、左側の水平部材22ａ, 22ｂおよび
左側の中段揺動軸22に、上下の各縁辺と内縁との三辺を
固縛用のひも25で固縛されて取り付けられている。

【００１７】右側の中段揺動軸122, 左右の各下段揺動
軸23, 123のそれぞれに、同様の手段で伸縮の強い布13
2, 33, 133がそれぞれ固縛用のひも25で固縛されて取り
付けられている。

【００１８】また、左側の上段揺動軸21および右側の上
段揺動軸121にそれぞれ杆状の下側水平部材21ｂ，121ｂ
が突設され、各下側水平部材21ｂ，121ｂと各上段揺動
軸21, 121とに、下縁と内縁との二辺を固縛用のひも25
で固縛されて平面視直角三角形の伸縮の強い布31, 131
が取り付けられている。なお布32, 132はほぼ長方形の
平面形状を有し、また布33, 133はほぼ台形の平面形状
を有している。

【００１９】また各布は、上下方向に互いに隣接する各
布の相互間にほとんど隙間がないように配設されてい
る。最下段の水平部材23ｂ，123ｂは、いずれも風路床
面６に極めて接近して配設されている。

【００２０】上段揺動軸21, 121、中段揺動軸22, 122
は、いずれも風路床面６を貫通して風路床面６の下方に
延設され、各延設部に、それぞれ左側の上段揺動軸揺動
用傘歯車41，右側の上段揺動軸揺動用傘歯車141が取り
付けられており、両傘歯車41, 141に駆動用傘歯車51が
噛合し、傘歯車51は上段揺動用モーター61で揺動駆動さ
れるようになっている。したがって、上段揺動用モータ
ー61を作動させるとき、布31と布131とを互いに反対方
向にかつ対称状に揺動させることができる。

【００２１】中段揺動軸22, 122および下段揺動軸23, 1
23についても同様に、風路床面６の下方で傘歯車42, 14
2および傘歯車43, 143が取り付けられ、傘歯車42, 142
および傘歯車43, 143にそれぞれ駆動用傘歯車52, 53が
噛合し、各傘歯車52, 53に中段揺動用モーター62および
下段揺動用モーター63がそれぞれ接続されて、モーター
62, 63を作動して、布32, 132および布33, 133をそれぞ
れ反対方向にかつ対称状に揺動させることができるよう
になっている。モーター61, 62, 63の制御用の制御器10
と演算装置11とが設けられている。

【００２２】上述の構成において、モーター61, 62, 63
をそれぞれ作動して（各モーター61〜63はそれぞれ個別
制御されるようになっている）、各布31〜33，131〜133
を揺動させ、左右対称状に揺動する一対の布31と布131,
布32と布132および布33と布133との相互間の角度（揺
動角度）を調整することにより、乱れスケール（乱れス
ケールは風流れと布とによって渦が発生することにより
生じる）や乱れ強さの主流成分（Ｕ成分）を制御でき
る。

【００２３】布は上下方向に３分割して設けられ、しか
も各段の布は個別に揺動角度を調整できるため、乱れ強
さおよび乱れスケールの鉛直方向成分（Ｗ成分）の制御
も可能となる。

【００２４】モーター61〜63の各制御は、制御器10に予
め入力されている設定値に基づいて行なわれる。このと
き、布33等は固定三角板４の垂直縁辺に沿う鉛直軸を中
心として揺動するため、布33等のこの揺動により風洞内
に固定三角板４の水平底縁辺を対称中心とした対称状の
乱流が発生することになる。

【００２５】次に、図７，８により第２実施形態につい
て説明する。この第２実施形態でも、第１実施形態の場
合と同様に風洞内において風軸５の方向に沿うように後
流板としての直角三角形の固定三角板４が風路床面６に
立設固定され、この固定三角板４の垂直縁辺に沿う支柱
としての鉛直軸１が風路床面６に立設されている。

【００２６】そして、この鉛直軸１に３本の水平回転軸
２ａ，２ｂ，２ｃが水平方向に対称状に張り出されかつ
回転可能に取り付けられ、各水平回転軸２ａ，２ｂ，２
ｃに、それぞれ板状部材３ａ，３ｂ，３ｃが取り付けれ
らている。

【００２７】板状部材３ａ，３ｂ，３ｃは、全閉時に、
全体で風軸５の直角方向に対して、鉛直軸１の上端部に
固定された三角形状の頂部板２ｄとともに二等辺三角形
を形成する形状に形成されている。この二等辺三角形の
底辺に相当する板状部材３ｃの下縁が風路床面６に接近
するように配設されている。

【００２８】各水平回転軸２ａ，２ｂ，２ｃを個別に回
転駆動するために、モーター７ａ，７ｂ，７ｃと、チェ
ーン８ａ，８ｂ，８ｃが設けられ、さらに各モーター７
ａ，７ｂ，７ｃの制御器10，演算装置11が設けられてい
る。

【００２９】上述の構成において、モーター７ａ，７
ｂ，７ｃにより板状部材３ａ，３ｂ，３ｃをそれぞれ互
いに位相差をもって揺動させると、後流側の上下方向に
速度差（図７に示すような高さ方向速度勾配９）が生
じ、装置の高さまで鉛直方向の大きなスケールの乱れを
発生させることができる。そして板状部材３ａ，３ｂ，
３ｃの揺動を調整することで、高さ方向速度勾配９の調
整ができ、乱れ強さの主流方向成分（Ｕ成分）および鉛
直方向成分（Ｗ成分）ならびに乱れスケールの主流方向
成分（Ｕ成分）および鉛直方向成分（Ｗ成分）を調節す
ることができる。この実施形態の場合も、固定三角板４
を対称中心とした対称状の乱流が発生する。

【００３０】さらに図９，１０により第３実施形態につ
いて説明する。この第３実施形態では、風洞内において
風軸５の方向に沿うように後流板としての直角三角形の
固定三角板４ａ〜４ｅ（４ａのみ図示）が風路床面６に
横方向（風軸５のと直交する方向）に５枚立設固定さ
れ、各固定三角板４ａ〜４ｅの垂直縁辺に沿う中空状の
回転外軸13Ａ〜13Ｅが風路床面６に立設されている。

【００３１】各回転外軸13Ａ〜13Ｅの内部に、それぞれ
回転内軸13ａ〜13ｅが挿入されている。各回転外軸13Ａ
〜13Ｅにそれぞれ直角三角形の板状部材14ａ〜14ｅが各
垂直縁辺を各回転外軸13Ａ〜13Ｅに沿わせて取り付けら
れ、また各回転内軸13ａ〜13ｅにそれぞれ直角三角形の
板状部材15ａ〜15ｅが各垂直縁辺を各回転外軸（内軸）
に沿わせて取り付けられている。

【００３２】各板状部材14ａ〜14ｅおよび15ａ〜15ｅの
水平底縁は、風路床面６に接近するように配設されてい
る。さらに、風路床面６の下方において、各回転外軸13
Ａ〜13Ｅに傘歯車16ａ〜16ｅが、また各回転内軸13ａ〜
13ｅに傘歯車17ａ〜17ｅがそれぞれ取り付けられてお
り、対向配置された一対の傘歯車（16ａ〜17ａ等）に噛
合して駆動用傘歯車18ａ〜18ｅが設けられている。

【００３３】各傘歯車18ａ〜18ｅにそれぞれモーター19
ａ〜19ｅが接続されている。各モーター19ａ〜19ｅは、
制御器10に接続された演算装置11により個別に制御され
るようになっている。

【００３４】上述の構成において、モーター19ａ〜19ｅ
により、各一対の板状部材（14ａ〜15ａ等）の開閉角度
θを、それぞれ位相差をもって制御すると、風洞内にお
いて水平方向の風速成分の増幅（制御）を行なうことが
できる。

【００３５】制御器10に、各一対の板状部材の開閉角度
θの値を予め設定しておくと、演算装置11を経由して各
モーター19ａ〜19ｅがその指令信号に応じて作動し、所
定の位相差が設定できる。

【００３６】このようにして、この第３実施形態では、
従来の装置と同様に直角三角形の板状部材14ａ〜14ｅ，
15ａ〜15ｅの揺動によって、主流方向成分（Ｕ成分）の
制御が可能となるほか、乱流発生部単体を横方向に５基
並設し、各単体を位相差をもって揺動させるようにした
ため、水平方向成分（Ｖ成分）に対する乱流成分の増幅
（制御）も可能となる。

【００３７】ここで、第１〜３の各実施形態の特性を、
従来装置の特性と共にまとめると、［表１］に示すとお
りである。

【表１】

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の乱流発生
装置によれば次のような効果が得られる。 (1) 従来の装置では風洞内で再現できなかった自然風の
乱れ強さ、乱れスケールの３成分（主流成分，水平成
分，鉛直成分）のうち、主流および鉛直成分の乱れ強
さ，乱れスケールを再現できる（第１実施形態）。 (2) 複数の板状部材をそれぞれ位相差をもって揺動させ
ることにより、鉛直方向のスケールの乱れを発生できる
（第２実施形態）。 (3) 風洞内で再現できる境界層乱流の３成分（主流成
分，水平成分，鉛直成分）のうち、主流および水平成分
に対して乱流成分の増幅が可能となる（第３実施形
態）。 (4) 複数の布状部材あるいは板状部材が、揺動軸あるい
は支柱もしくは回転軸の後流側に立設固定された固定板
の垂直縁辺に沿う鉛直軸を中心として揺動することによ
って、風洞内に対称状の乱流を発生できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態としての乱流発生装置の
要部を示す側面図。

【図２】同正面図。

【図３】同平面図。

【図４】同斜視図。

【図５】同揺動駆動部を示す模式正面図。

【図６】同布の取付け部を示す模式正面図。

【図７】本発明の第２実施形態としての乱流発生装置を
示す正面図。

【図８】図７のＡ−Ａ断面図。

【図９】本発明の第３実施形態としての乱流発生装置を
示す正面図。

【図１０】同単体を示す斜視図。

【図１１】風洞内における乱れ強さの説明図。

【図１２】同乱れスケールの説明図。

【図１３】同風の３方向成分の説明図。

【図１４】従来の乱流発生装置を示す斜視図。

【図１５】(ａ),(ｃ),(ｅ)図は図１４の装置の各種状態
を示す平面図、(ｂ),(ｄ),(ｆ)図は(ａ),(ｃ),(ｅ)図に
対応してその風軸方向の投影を示す正面図。

【符号の説明】

１ 支柱としての鉛直軸 ２ａ，２ｂ，２ｃ 水平回転軸 ２ｄ 頂部板 ３ａ，３ｂ，３ｃ 板状部材 ４，４ａ〜４ｅ 固定三角板 ５ 風軸 ６ 風路床面 ７ａ，７ｂ，７ｃ モーター ８ａ，８ｂ，８ｃ チェーン ９ 速度勾配 10 制御器 11 演算装置 13Ａ〜13Ｅ 回転外軸 13ａ〜13ｅ 回転内軸 14ａ〜14ｅ 板状部材 15ａ〜15ｅ 傘歯車 16ａ〜16ｅ 傘歯車 17ａ〜17ｅ 傘歯車 18ａ〜18ｅ 傘歯車 19ａ〜19ｅ モーター 21, (121) 左側（右側）の上段揺動軸 22, (122) 左側（右側）の中段揺動軸 23, (123) 左側（右側）の下段揺動軸 22ａ, 22ｂ, 23ａ, 23ｂ, 122ａ, 122ｂ, 123ａ, 123ｂ
水平軸 25 固縛用のひも 31, 32, 33, 131, 132, 133 布状部材としての布 41, 42, 43, 141, 142, 143 傘歯車 51, 52, 53 駆動用傘歯車 61, 62, 63 揺動用モーター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 通 長崎市深堀町五丁目717番１号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 風洞内に垂直方向に回転自在に立設され
   同一の揺動中心を有する複数の揺動軸と、同各揺動軸に
   それぞれ水平方向に突設された複数の水平部材と、同各
   水平部材にそれぞれ取り付けられた伸縮性に富んだ複数
   の布状部材と、上記各揺動軸をそれぞれ個別に揺動可能
   な複数の揺動駆動手段とをそなえて構成されていること
   を特徴とする、乱流発生装置。
2. 【請求項２】 風洞内に垂直方向に立設された支柱と、
   同支柱から回転可能に水平方向に張り出された複数の水
   平回転軸と、同各水平回転軸にそれぞれ取り付けられた
   複数の板状部材と、上記各水平回転軸をそれぞれ個別に
   回転可能な複数の回転駆動手段とをそなえて構成されて
   いることを特徴とする、乱流発生装置。
3. 【請求項３】 風洞内に、同風洞内の風軸と直交する方
   向に垂直状に立設された複数の回転軸と、同各回転軸に
   それぞれ取り付けられた複数の板状部材と、上記各回転
   軸をそれぞれ個別に回転可能な複数の回転駆動手段とを
   そなえて構成されていることを特徴とする、乱流発生装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の乱流
   発生装置において、後流板としての固定板が、その垂直
   縁辺を上記の揺動軸または支柱もしくは回転軸に沿うよ
   うに上記風洞の風路床面に立設固定されていることを特
   徴とする、乱流発生装置。