JPS62235537A - 風洞試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高速で大型供試スペースを有する風洞試験装置
、特に鉄道車両や自動車に塔載されるパンタグラフなど
の供試機向けとして所要の風洞性能を得るための風洞試
験装置に関するものである。

〔従来の技術〕

風洞試験装置は鉄道車両機器等の空力特性を模似的にテ
ストし、例えば抗力、揚力、騒音、振動状態などのデー
タが得られるものとして、これらをもとに高速走行時に
おける実機の空力特性の最適化と安全性の確保などの技
術開発に供せられるものである。これを第２図を参照し
て説明する。

第２図は一般的な風洞試験装置の概念を説明するため示
したもので、１は風洞、２は供試機、３は空気取入器、
４は送風機、５は消音器、６は整流板である。

すなわち、風洞１内に送風機４が配設された代表的な例
であり、送風源として配された送風機９による気流の流
れ方向の前側に、消音器５さらに整流板６を設け、その
先に供試機２を定置している。その風洞１は、気流が供
試機２を通過したあと適轟なストレートな間隔を有して
Ｕターンさせられ、送風機４の後方に連継して気流が循
環するように形成されてなる。また、風洞１に外部の空
気を適宜に導入するための空気取入器３が例示のように
設けられてなる。かかるものの機能は公知であるのでそ
の詳細説明を省略するが、一般に大型風洞試験装置にお
いてダンパー等の絞りを用いると経済性が悪いため、送
風機４の回転数の可変により所要の風速や風量を供給す
るものである〇いま供試機２に対する所定の風速を設定
し、その値に相応させ送風機４を回転させると、送風機
４による気流は消音器５を通過して送風機４部で発生し
た騒音や脈動を吸収しながら、整流板６に流入する。こ
れにより、ある程度の脈動、風洞の断面部位での圧力の
年内−さが解消されて供試機２に送風され、かような状
態で各空力特性を計測するものとなる。その供試機２を
通過した気流はＵターンして送風機４の後方へ導流され
再度送風される。したがって、気流を循環させてより送
風効率を上げるように工夫されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、第２図に示した如き従来技術にはつぎの
如き問題点を有していた。

風洞試験装置においては、高風速で大形の風洞のものと
なれば多大の風量、風圧を必要として必然的に高容量の
送風機になり、極めて大きいけ音と脈動を生じて所要の
空力音、振動などを正しく測定するのに支障をきたす。

そこで、消音、脈動を吸収するために消音器５を通過さ
せるようにしているが、かような消音器部で完全に消音
するために多くの消音器を要し、当然風損が増加する。

したがって、風損の増加（こよって送風機容量が大きく
なり、相応して騒音も大きくなる。結局、実機において
は騒音の解消はある程度に抑えて風洞試験されているの
が現状であり、供試機２の空力前関係の計測上問題とな
っている。

また、供試機２が前述の脈動により自動振動を生じるも
のとなれば、供試様形状に起因して振動してい葛のか、
気流によって振動しているのかの点で混合してしまうと
、分離判別が困難となってこの種の試験目的上致命的な
問題となってしまう。

さらにまた、大容量の送風機を用いるものとなれば、建
設費や運転維持費（電気料）などのコストアップと、防
音対策などと多くのデメリットが指摘されるものとなっ
てしまう。

一例として風速５０　（ｔｒＩ／ｓ　）　、風洞の大き
さく１．５Ｘ１．５）（ｍ）のものでは、送風機用電動
機容量は約５００（ｋｗ）にもなり、その騒音は約１２
０ホーンとなる。

したがって、例えば新幹線の走行テストのため風速１１
００（／ｓ）つまり、３６０　（ｋｍ／ｓ　）を必要と
すれば、その電動機容量は速度の増加に対してほぼ３乗
に比例し極めて大きなものとなり、この種の風洞試験装
置は国内で僅かしか設置されていない。

しかるに車両などの高速化は時代の強い要請であり、か
ような能力を有したものの必要性は増加して空力試験が
できない状況にある。

〔問題点の解決手段と作用〕

本発明は上述したような点に鑑みなされたものであり、
気体の圧力とその容積の積は温度を一定とすれば、圧力
、容積の何れの一方を変化させても常に一定であるとい
う衆知の法則に着眼するとともに、簡便な圧縮空気源つ
まりコンプレッサー等の簡易な空気源を用いてなる格別
な装置を提供するものである。

しかして本願は、高圧の空気を元溜めタンクに貯蔵し、
かつその簡易な空気源および元溜めタンクから高圧空気
を面積可変器を介して供給し、試験に使用される風量・
風圧に相応させて連続的に吐出面積を可変させることに
より、所要の供試風速などを得るようにしたものであり
、騒音、脈動等を殆ど発生しない優れた送風特性を奏す
る清便な構成で効用性の高い風洞試験装置を実現したも
のである。

以下、本発明を図面に基づいて詳細説明する。

〔実　施　例〕

第１図は本発明の一実施例の要部構成を示す概念図であ
り、７はコンプレッサ、８はタンク、９は面積可変器、
１０は整風管である。図中、第２図と同符号のものは同
じ機能を有する部分を示す。

すなわち、コンプレッサ７．タンク８および面積可変器
９により送風源を構成し、さらに整風管１０を有する供
試風洞部を備えてなるものである。かかる構成部を具備
するものは、ここでは詳細説明を割愛するが、第２図に
示した如き従来のものと同様に適用可能なことは勿論で
ある。しかして。

かくの如きものをつぎに詳述する・ 第１図において、コンプレッサ７を配設してこの吐出部
にタンク８を接続してなり、タンク８の供試風洞部およ
び防饅網Ｗを有する整風管１０を一体構成可能に配設し
てなるものである。さらに、かかる構成体における送風
稼動について説明する・マス、コンプレッサ７の圧縮空
気圧は供試機２に送風する所要の圧力より数倍高いもの
として、コンプレッサ７を稼動すれば圧縮空気がタンク
８に流入される。ここに、面積可変器９の通気孔が「閉
」の状態にあるとすれば、通常コンプレッサには自分で
小さなタンクを具備して、この小さなタンクの内圧が一
定になるような圧力自動調整器が付いているため、コン
プレッサ７とタンク８の間を通気状態にしておけば、コ
ンプレッサ７の所要圧力になるまでタンク８は流入され
て、タンク８に高圧の空気が貯蔵されるものとなる。

さらに面積可変器９は、図示の如く通風孔部となる撓み
管９ａおよび撓み管９ａの面積を可変するためのアクチ
ェータ９ｂを備えてなるものであり、外部信号により所
要の面積に設定し得るものとして効用される。

いまタンク８内の圧力をＰｌとすれば、圧力損失を無視
すれば面積可変器９の圧力もＰｌである。ここで、その
面積可変器９の通気孔部の面積を８１゜風量をＱｌとし
、供試風洞部の圧力をＰｉｅ面積をＳ！。

風量をＱ２．空気の密度（比重量）を−２重力の加速度
をＰとし、説明を簡単化するため各部の風損はなく温度
は一定として仮定し、圧力はゲージ圧として論するもの
とする。

いるため、所要の風量は（Ｑ＊　＝　８ｚ・町）となる
。

この風ｆｉＱ＊を動流させるのに必要な圧力はＰｌであ
るから、所要の風量・風速を得るための圧力と風量の積
の値をに３とすれば、 Ｋ２　＝Ｑ＊　鳴Ｐ冨＝Ｓ意・町・Ｐ２・・・・・・・
・・・・・・・・（１）しかるに、所要の風速町を得る
ための圧力Ｐ！はであるから、式（１）に式（２）を代
入して値に２を求めれば式（３）の如くである。

また、この値に２に対応する面積可変器９部の所要の風
量・風速を求めれば、その圧力と風量の積の値を狗とす
ればつぎの如くである。

Ｋｓ＝Ｑｔ・ｐｌ＝ｓ、・２１・Ｐ、　　・・・・・・
・・・・・・・・・・・・（４）そして、風速？貨マ供
試風洞部の圧力Ｐ２とタンク８の圧力Ｐｌとの差圧によ
り決定されるので、風速ｔ１はつぎにより求める。

さらに、式（４）に式（２）　、　（５）の関係式を入
れて積の値に１を求めれば、式（６）の如くである。

よって、積の値Ｋｌ、に、は等しく式（３）と式（６）
を等価において、面積可変器９部の通風孔の面積を求め
れば、つぎの如くである。ただし、（ｐ／２１）は固有
値なのでこれをβとする。

かようにして、所要の風景・風圧を得るための面積可変
器９−こおける通風孔の面積が式（力により求まるが、
この値はタンク８内元圧が一定に供給される場合である
。そして、実際にはコンプレ。

すの供給量が試験時に放流される量と比べて極めて僅少
でありて、これを無視すると、供試風速に対応した風量
が放流されることになり、タンク内の圧力はその放流さ
れる量に相応して時々刻々減圧するものとなる。したが
って、式（〕）中の圧力Ｐ１を待時に低減するため、面
積Ｓ１を可変させないと供試風洞部の所要の風速が得ら
れない。

このことより、式（７）を経時に対する圧力Ｐ１の変動
を導入したつぎの式（８）とし、これより得られる面積
Ｓ１の値になるように面積可変器の面積Ｓ１を連続的に
可変させるものとすれば、一定の風速、風量が得られる
ことになる。すなわち、いま経過時間をｔとすれば、式
（７）はつぎのようになる。

ここで、前記８ｘ（ｔ）になるように面積可変器９を作
用させるため公知の手法によって指令するものであって
よい。例えば、供試風洞部の風速を計測しかつこの値を
基準にした制御指令によるフィードパ、り制御手段９式
（８）により予め時間の経過を考慮した所要の面積を求
める制御指令によるオープンループ制御手段など、ある
いは他の方法によってもよい。

さらに具体的には、１回の試験に必要な送風時間に基づ
き、タンク８の容量２面積可変器９の面積Ｓ１の可変範
囲、圧力Ｐ！などの値を適宜設計し、さらには風損によ
る値の補正を付加した態様としてもよいことは明らかで
市る。

また、コンプレッサ７は小さな容量でも、例えば夜間な
ど計測しない遊び時間にタンク８への高圧空気の貯蔵を
行うものとすれば、試験に支障をきたさない。かように
、この種の試験計測は一般に長時間を要せず、予め計測
準備を行っておくことにより短時間の計測目的を達成可
能であり、さらには連続的な計測であっても実用上不都
合なく効用し得るものである。

つぎに、第１図装置の実用例として前述の従来例を適用
した場合と比較してみるに、５０（ｍ／ｓ）。

（１，５Ｘ１．５　）６Ｔｊにおける送風機用電動機容
量の約５００（ｋｗ）、１２０ホーンに対し、コンプレ
ッサ７はいわゆるベビコンと称される小型のものを採用
可能であり、その圧力は１５（ｋＰ／ｍｌ）程度で電動
機容量は約２．２（ｋｗ）である。そして、供試風速の
５０（ｍ／ｓ）を動流させるための圧力は式（２）によ
れば約（１，６Ｘ１０　”）　（ｋＪ’／ｄ）であり、
これはタンク８の元圧との比がほぼ１０００倍なので十
分に供されるものとなる。勿論実用上風損による圧力を
補正する必要があるが、これを差し引いても十分である
ことは明らかである。ここに電動機容量の対比、したが
って（５００：２．２）（ｋｗ）をとってみても極めて
経済性に優れている。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、送風機に起因する
唐音や脈動の発生が除去された優れた送風特性が得られ
、経済性に加えてスペースや公害などの問題点を消消し
得る多くのメリットを有する格別な装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本°発明の一実施例の要部構成を示す概念図、
第２図は一般的な風洞試験装置の概念を示す説明図であ
る。 ２・・・・・・供試磯、７・・・・・・コンプレッサ、
８・・・・・・タンク、９・・・・・・面積可変器、１
０・・・・・・整風管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高風速でかつ大型供試スペースを有する風洞試験装置に
   おいて、コンプレッサ等の簡易な空気源と、該空気源に
   よる高圧空気を貯蔵するタンクと、該タンクと供試風洞
   部との間に介在される面積可変器とを設け、前記タンク
   の圧力の減少に相応して前記面積可変器により空気路の
   面積を経時的に調節するように構成したことを特徴とす
   る風洞試験装置。