JP4194993B2 - 風洞装置の風路構造 - Google Patents

Description

本発明は、自動車や航空機等の実験における空力や空力特性、空力騒音の測定に使用する風洞装置の風路構造に関し、詳しくは、風路に設けた送風手段によって送出された空気流を前記風路の送風側部分の吹出し口から測定室に吹き出し、その測定室に吹き出された空気流を、測定室における前記吹出し口の対向位置に設けられた前記風路の吸気側部分の断面矩形状又は略矩形状の吸込み口から前記送風手段により風路内に導入する風洞装置の風路構造に関する。

風洞装置において、風路の送風側部分の吹出し口から測定室内に吹き出された空気流は、測定室内の空気を誘引して風路の吸気側部分の断面矩形状又は略矩形状の吸込み口に進入していくため、この誘引された余剰空気により、風路に設けられた送風手段による送風量よりも吸込み口からの吸気量が大きくなり、風路の吸気側部分の静圧が上昇してしまうとともに、断面矩形状又は略矩形状の吸込み口における空気流の動圧分布は、図４に示すように、吸込み口の中心に対して吸込み口の四隅部分が０〜１０％程度、それら四隅部分どうしの間の吸込み口の周縁中央部分が２０〜３０％程度となる。

そして、これら風路の吸気側部分の静圧上昇と吸込み口の四隅部分における動圧低下とが相俟って、この四隅部分において空気流の逆流を起こしてしまう恐れがあり、この逆流によって吸込み口に導入される空気流が不安定（乱流）となって、測定室における気流性状の低下（つまり、風洞装置全体としての性能低下）に繋がるとともに、吸込み口における発生騒音も増大してしまい、特に、風洞装置自体からの暗騒音発生を抑制しなければならない空力騒音測定に使用するのが困難であった。

そこで、従来の風洞装置の風路構造は、風路の吸気側部分１０１Ｂを形成する４つの壁部１０１ａの吸込み口近傍箇所における幅方向中央部分に壁部幅方向に長い長孔の開口部１１１を設けて、この開口部１１１より空気流Ａの一部（誘引による余剰空気分）を測定室１０２に吹き出すことで、風路の吸気側部分の静圧上昇を抑制して逆流空気流の発生を防止して、吸込み口１０８ａから導入される空気流Ａの不安定化を抑制し、測定室１０２における気流性状の低下及び吸込み口１０８ａにおける発生騒音の増大防止を図っていた。

これに近似する技術としては、測定室内に位置する４つの壁部を多孔板で形成したものがあった（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−６４１５６号公報

しかしながら、従来の風洞装置の風路構造では、壁部１０１ａに壁部幅方向に長い長孔の開口部１１１が形成されているため、この開口部１１１において開口部１１１の長手方向両端部に近傍する部分（すなわち、吸込み口１０８ａの四隅部分に近傍する位置）から開口部１１１の長手方向中央部分に亘る動圧分布が異なるので（図４参照。）、この空気流Ａの動圧の差により開口部１１１から吹き出される空気流が一定に吹き出されずに、開口部１１１から吹き出される空気流が乱れてしまい、これによって、開口部１１１において騒音が発生したり、測定室１０２における気流性状を低下させたりする恐れもあった（図７並びに図８参照。）。

また、開口部１１１が壁部幅方向に長い長孔であり、開口部１１１における動圧分布が異なることで、開口部１１１から空気流Ａによって誘引された余剰空気を吹き出すと同時に開口部１１１から測定室１０２の空気を誘引して吸い込んでしまう恐れもあり、逆流空気流の発生を確実に防止するのが困難であった。

なお、上述した近似技術においても同様の問題があった。

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、合理的な改良をもって上記問題を効果的に解消する点にある。

本発明の第１特徴構成は、風洞装置の風路構造に係り、その特徴は、
風路に設けた送風手段によって送出された空気流を前記風路の送風側部分の吹出し口から測定室に吹き出し、その測定室に吹き出された空気流を、測定室における前記吹出し口の対向位置に設けられた前記風路の吸気側部分の断面矩形状又は略矩形状の吸込み口から前記送風手段により風路内に導入する風洞装置の風路構造であって、
前記風路の吸気側部分を形成する４つの壁部のうち、少なくとも１つの壁部の前記吸込み口近傍箇所において、少なくとも壁部幅方向の中央部分を残した状態で壁部幅方向の一側端部分又は両側端部分に、前記風路の吸込み口から導入された空気流の一部を前記測定室に還流させるための開口部を形成してある点にある。

つまり、この構成であれば、風路の吸気側部分を形成する壁部の吸込み口近傍箇所に、吸込み口から導入された空気流の一部を測定室に還流させるための開口部を形成してあるので、空気流に誘引された余剰空気を還流空気流として測定室に還流させることができて、風路の吸気側部分における静圧上昇を抑制することができ、これによって、風路の吸気側部分に逆流空気流が発生することを防止する。

そして、その開口部を空気流の動圧が最も低い吸込み口の隅部となる位置に形成すると共に、風路の吸気側部分を形成する壁部の壁部幅方向の中央部分を残した状態にしてあるので、従来例のように開口部における動圧分布にばらつきが起きず、開口部から吹き出して測定室に還流する還流空気流の風量及び風速がほぼ一定でかつ低速となり、これによって、開口部から還流空気流を吹き出した際に発生する騒音を極力抑制することができる。

また、空気流の動圧が最も低い吸込み口の隅部となる位置に開口部を設けることで、開口部を通じて測定室の空気が空気流に誘引されることも抑止することができるので、より確実に風路の吸気側部分の静圧上昇を抑制し、逆流空気流の発生を防止することができる。

従って、逆流空気流の発生を確実に防止することができることにより、吸込み口に導入される空気流が不安定化を原因とする測定室における気流性状の低下を抑制することができ、風洞装置全体としての風洞性能を向上させることができるとともに、吸込み口における発生騒音も低下することができ、風洞装置自体からの暗騒音発生を効果的に抑制することができる。

本発明の第２特徴構成は、第１特徴構成の実施において好適な構成であり、その特徴は、
前記開口部が、空気流通過方向に長い長孔に形成されてある点にある。

つまり、この構成であれば、開口部を長孔にすることで、逆流空気流の発生を防止するのに十分な還流空気流の風量を確保することができるとともに、開口部の開口長手方向と空気流通過方向とを一致させることで、空気流の通過方向と対向する開口部の開口周縁部を極力少なくして、空気流と開口周縁部との衝突による空気流の乱れを抑制することができ、これによって、風洞装置全体としての風洞性能を向上させることができるとともに、その衝突による騒音の発生も極力抑えることができる。

本発明の第３特徴構成は、第２特徴構成の実施において好適な構成であり、その特徴は、
前記開口部が、その開口面積を調整可能な構成に形成されてある点にある。

つまり、この構成であれば、開口部の開口面積を調整することで、送風手段による送風量や風洞装置における吹出し口の開口面積、吹出し口から吸込み口までの距離、測定室の大きさ、吸込み口の形状等に応じて、開口部から測定室に還流される還流空気流の風量を最適な風量に調整することができるので、風路内における逆流空気流の発生をより一層確実に防止することができ、発生騒音の低減並びに風洞性能の向上を図ることができる。

なお、開口部の開口面積調整は、通常、風洞装置設置時における試運転時に行うが、測定試験における送風量の変更に伴って適宜調整するようにしてもよい。

本発明の第４特徴構成は、第１〜第３特徴構成のいずれか１つの特徴構成の実施において好適な構成であり、その特徴は、
前記開口部が、その開口位置を調整可能に構成されてある点にある。

つまり、この構成であれば、壁部の一側端部分に開口部を設けたり、壁部の両側端部分に開口部を設けたり、また、空気流通過方向における開口部の開口位置を変更したりすることによって、送風手段による送風量や風洞装置における吹出し口の開口面積、吹出し口から吸込み口までの距離、測定室の大きさ、吸込み口の形状等に応じて、最も好適に余剰空気を測定室へ還流空気流として吹き出すことができる位置に開口部を設けることができるので、風洞装置全体としての風洞性能を向上させるための調整をより一層効果的に行うことができる。

なお、第３特徴構成と同様に、開口部の開口位置の調整は、通常、風洞装置設置時における試運転時に行うが、測定試験における送風量の変更に伴って適宜調整するようにしてもよい。

本発明の第５特徴構成は、第１〜第４特徴構成のいずれか１つの特徴構成の実施において好適な構成であり、その特徴は、
前記開口部に、開口部から前記測定室に還流する還流空気流の開口部における風量分布を均一化するための抵抗体が配設されてある点にある。

つまり、この構成であれば、抵抗体によって開口部における還流空気流の風量分布が均一化されるので、開口部において局所的に還流空気流の風量が大きくなったり、小さくなったりすることを防止することができ、これによって、開口部における騒音発生を効果的に抑制することができる。

また、抵抗係数の異なる抵抗体を交換して設置することにより、開口部からの還流空気流の風量調整も行うことができる。

本発明の第６特徴構成は、第１〜第５特徴構成のいずれか１つの特徴構成の実施において好適な構成であり、その特徴は、
前記風路の壁部の外周面における開口部形成箇所に、前記開口部を覆うように消音手段が設けられてある点にある。

つまり、この構成であれば、開口部を覆うように消音手段を設けることで、測定室に還流する還流空気流が開口部を通過する際に発生する騒音を、この消音手段により確実に消音することができ、これによって、風洞装置全体として暗騒音の発生をより一層効果的に、かつ、確実に抑制することができる。

〔第１実施形態〕
図１〜図４は、本発明の第１実施形態として、自動車や航空機等の実験対象物における空力、空力特性、空力騒音等を測定するための風洞装置Ｗを示し、４つの壁部１ａによって断面矩形状（詳しくは、四隅部分のそれぞれを弧状に形成してある略矩形状）に形成された風路１と測定室２との間を送風手段であるファン３により空気流Ａを循環させており、風路１は、ファン３の下流側で測定室２に断面矩形状（四隅部分のそれぞれを弧状に形成してある略矩形状）の吹出し口７ａを備えた送風側部分１Ａと、ファン３の上流側で測定室２に断面矩形状（四隅部分のそれぞれを弧状に形成してある略矩形状）の吸込み口８ａを備えた吸気側部分１Ｂとから構成されている。

風路１の送風側部分１Ａは、ファン３から測定室２に亘って、断面積が次第に大きくなるテーパー形状の第１拡大洞部４と、断面積が一定の第１中間洞部５と、断面積が次第に小さくなるテーパー形状の第１縮流洞部６と、吹出し口７ａを備えたノズル部７とからその順に一体的に接続されて構成され、風路１の吸気側部分１Ｂは、測定室２からファン３に亘って、吸込み口８ａを備えたベルマウス形状のコレクタ部８と、断面積が次第に大きくなる第２拡大洞部９と、断面積が一定の第２中間洞部１０とからその順に一体的に接続されて構成されているとともに、送風側部分１Ａの第１拡大洞部４と吸気側部分１Ｂの第２中間洞部１０が接続されており、それら風路１の送風側部分１Ａのノズル部７及び吸気側部分１Ｂのコレクタ部８は測定室２内に配置されている。

ファン３によって送風された空気流Ａは、第１拡大洞部４を通過することで空気流Ａ全体としての風速（動圧）を低下させて第１中間洞部５における圧力（静圧）を上昇させた後、第１縮流洞部６を通過させることで、測定するのに必要十分な風量（風速）の空気流Ａをノズル部７の吹出し口７ａから測定室２に吹き出すことができる。

風路１の吸気側部分１Ｂを形成する４つの壁部１ａのコレクタ部形成箇所（吸込み口近傍箇所）における壁部幅方向の両側端部分には、壁部１ａの両側端縁の形状に沿って空気流通過方向に長いスリット孔１１ａを壁部幅方向に複数並列させたブリーザー１１（開口部）が形成されていて、吸込み口８ａより進入する空気流Ａが誘引した余剰空気を還流空気流Ａ′としてこのブリーザー１１から測定室２内に戻すことができる。

そして、ブリーザー１１を構成する各スリット孔１１ａの長手方向が空気流通過方向と一致してあるので、空気流Ａの通過方向と対向する各スリット孔１１ａの周縁部を極力少なくして、空気流Ａとスリット孔１１ａの周縁部との衝突による空気流Ａの乱れを抑制することができ、これによって、風洞装置Ｗ全体としての風洞性能を向上させることができるとともに、その衝突による騒音の発生も極力抑えることができる。

各ブリーザー１１の外面側には、薄板状の可動式の蓋材１２が配設されており、この蓋材１２で複数のスリット孔１１ａを開閉してスリット孔１１ａの開口数を変更することでブリーザー１１の開口面積を調整することができ、これによって、ブリーザー１１から吹き出す還流空気流Ａ′の風量調整を行うことができる。

また、蓋材１２によるスリット孔１１ａの閉口位置を変更することで、ブリーザー１１の開口位置も変更することができる。

更に、ブリーザー１１には、通気性の抵抗体として不織布１３がブリーザー１１を覆うように（詳しくは、ブリーザー１１と蓋材１２との間に）配設されていて、このブリーザー１１から測定室２に還流する還流空気流Ａ′のブリーザー１１における風量分布を均一化することができ、これによって、ブリーザー１１における風量分布の偏りを解消することができ、ブリーザー１１における騒音の発生を効果的に抑制している。

また、不織布１３には、抵抗係数の異なる複数のものが用意されており、抵抗係数の異なる不織布１３を交換することで、ブリーザー１１からの還流空気流Ａ′の風量の調整を行うことができる。

つまり、ブリーザー１１の開口面積調整、及び、抵抗係数の異なる不織布１３の交換により、還流空気流Ａ′の風量を風洞装置Ｗの運転において最適な風量にすることができる。

図４はコレクタ部８の吸込み口８ａの正面視における空気流Ａの動圧分布を示し、ノズル部７の吹出し口７ａから吹き出された空気流Ａは、図４に示すように、コレクタ部８の四隅部分付近における動圧が、コレクタ部８の中心部分付近の動圧に比べて１０％以下となる。

つまり、壁部１ａに形成されたブリーザー１１は、コレクタ部８の四隅部分に相当する位置（空気流Ａの動圧が最も低い部分）に形成されている。

以上、ブリーザー１１（開口部）をこのように設けることにより、空気流Ａに誘引された余剰空気を還流空気流Ａ′として測定室２に還流させることができて、風路１の吸気側部分１Ｂにおける静圧上昇を抑制することができ、これによって、風路１の吸気側部分１Ｂに逆流空気流が発生することを防止する。

そして、空気流Ａの動圧が最も低いコレクタ部８の吸込み口８ａの四隅部分となる位置にブリーザー１１を形成すると共に、風路１の吸気側部分１Ｂを形成する壁部１ａの壁部幅方向の中央部分を残した状態にしてあるので、ブリーザー１１における動圧分布にばらつきが起きず、ブリーザー１１から吹き出して測定室２に還流する還流空気流Ａ′の風量及び風速はほぼ一定でかつ低速となり、これによって、ブリーザー１１から還流空気流Ａ′を吹き出した際に発生する騒音を極力抑制することができる。

また、ブリーザー１１を通じて測定室２の空気が空気流Ａに誘引されることも抑止することができるので、より確実に風路１の吸気側部分１Ｂの静圧上昇を抑制し、逆流空気流の発生を防止することができる。

従って、逆流空気流の発生を確実に防止することができることにより、コレクタ部８の吸込み口８ａに導入される空気流Ａが不安定化を原因とする測定室２における気流性状の低下を抑制することができ、風洞装置Ｗ全体としての風洞性能を向上させることができるとともに、コレクタ部８の吸込み口８ａにおける発生騒音も低下することができ、風洞装置Ｗ自体からの暗騒音の発生を効果的に抑制することができる。

〔第２実施形態〕
図５及び図６は、本発明の第２実施形態として、自動車や航空機等の実験対象物における空力、空力特性、空力騒音等を測定するための風洞装置Ｗを示し、断面矩形状（詳しくは、四隅部分のそれぞれを弧状に形成してある略矩形状）の風路１の吸気側部分１Ｂを形成する４つの壁部１ａのうち、相対向する２つの壁部１ａのコレクタ部形成箇所（吸込み口近傍箇所）における壁部幅方向の両側端部分に、壁部１ａの両側端縁の形状に沿って空気流通過方向に長いスリット孔１１ａを壁部幅方向に複数並列させたブリーザー１１（開口部）が形成されていて、吸込み口８ａより進入する空気流Ａが誘引した余剰空気を還流空気流Ａ′としてこのブリーザー１１から測定室２内に戻すことができる。

そして、ブリーザー１１を構成する各スリット孔１１ａの長手方向が空気流通過方向と一致してあるので、空気流Ａの通過方向と対向する各スリット孔１１ａの周縁部を極力少なくして、空気流Ａとスリット孔１１ａの周縁部との衝突による空気流Ａの乱れを抑制することができ、これによって、風洞装置Ｗ全体としての風洞性能を向上させることができるとともに、その衝突による騒音の発生も極力抑えることができる。

各ブリーザー１１の内面側には、薄板状の可動式の蓋材１２が配設されており、この蓋材１２で複数のスリット孔１１ａを開閉してスリット孔１１ａの開口数を変更することでブリーザー１１の開口面積を調整することができ、これによって、ブリーザー１１から吹き出す還流空気流Ａ′の風量調整を行うことができる。

また、蓋材１２によるスリット孔１１ａの閉口位置を変更することで、ブリーザー１１の開口位置も変更することができる。

更に、ブリーザー１１には、通気性の抵抗体として不織布１３がブリーザー１１を塞ぐように（詳しくは、ブリーザー１１と蓋材１２との間に）配設されていて、このブリーザー１１から測定室２に還流する還流空気流Ａ′のブリーザー１１における風量分布を均一化することができ、これによって、ブリーザー１１における風量分布の偏りを解消することができ、ブリーザー１１における騒音の発生を効果的に抑制している。

また、不織布１３には、抵抗係数の異なる複数のものが用意されており、抵抗係数の異なる不織布１３を交換することで、ブリーザー１１からの還流空気流Ａ′の風量の調整を行うことができる。

つまり、ブリーザー１１の開口面積調整、及び、抵抗係数の異なる不織布１３の交換により、還流空気流Ａ′の風量を風洞装置Ｗの運転において最適な風量にすることができる。

ブリーザー１１が形成されている壁部１ａの外周面のコレクタ部形成箇所には、ブリーザー１１を覆うように消音手段Ｓが設けられており、消音手段Ｓは、内面１４ａに吸音材１５が配設された消音チャンバー１４と、同様に内面１６ａに吸音材１５が配設された消音器１６とから構成されている。

消音チャンバー１４の各ブリーザー１１に対向する位置には、ブリーザー１１から吹き出す還流空気流Ａ′を取り入れるため入口１４Ａが形成されており、チャンバー入口１４Ａから消音チャンバー１４内に進入した還流空気流Ａ′は、消音チャンバー１４内からチャンバー出口１４Ｂに設けられた消音器１６を通過して測定室２に戻される。

還流空気流Ａ′がブリーザー１１を通過する際に発生した騒音は、消音チャンバー１４及び消音器１６内に配設されている吸音材１５によって吸音することで、騒音をより効果的に消音させる。

以上、このように構成することで、測定室２に還流する還流空気流Ａ′がブリーザー１１を通過する際に発生する騒音を、この消音手段Ｓにより確実に消音することができるので、風洞装置Ｗ全体として暗騒音の発生をより一層効果的に、かつ、確実に抑制することができる。

なお、その他の構成は、前記第１実施形態と同一であり、第１実施形態で記載した構成部分と同一構成又は同一機能を有する構成部分には同一番号を付記してそれの説明を省略する。

〔別実施形態〕
次に別実施形態を列記する。

上記第１実施形態では、ブリーザー１１（開口部）を４つの壁部１ａ全ての両側端部分に形成し、第２実施形態では、ブリーザー１１を４つの壁部１ａのうち相対向する２つの壁部１ａの両側端部分に形成したが、ブリーザー１１はコレクタ部８の吸込み口８ａにおける四隅部分に相当する位置に形成されてあればよく、ブリーザー１１の数及び形成箇所はこれらに限るものではない。

また、上述の第１実施形態では、形成したブリーザー１１の全てを開口させた状態にしてあるが、ブリーザー１１の開口位置のパターンはこれに限るものではなく、種々のパターン（例えば、各壁部１ａの一方側のブリーザー１１を開口させ、他方側のブリーザー１１を蓋材１２により閉口している状態など）にすることができる。

上記第１及び第２実施形態では、ブリーザー１１をスリット孔１１ａを壁部１ａの幅方向に複数並列させて構成していたが、ブリーザー１１を一つの長孔で構成してもよく、また、壁部１ａの幅方向だけでなく空気流通過方向に複数並列させて構成してもよい。

また、スリット孔１１ａを蓋材１２で閉口することで、ブリーザー１１の開口面積の調整を行う構成にしていたが、ブリーザー１１の開口面積調整のための構成はこの構成に限るものではなく、ブリーザー１１をダンパー形式に構成し、ダンパーのハネを開閉してブリーザー１１の開口面積を調整するもの等種々の構成を採用してもよい。

上記第１及び第２実施形態では、ブリーザー１１に抵抗体として不織布１３を採用して配設しているが、抵抗体は不織布１３に限るものではなく、種々のものを採用することができ、また、抵抗体として吸音性を有するものを採用すれば、より効果的に騒音の発生を抑制することができる。

上記第１及び第２実施形態では、ブリーザー１１を壁部１ａの両側端縁の形状に沿って空気流通過方向に長く形成したが、この形状に限るものではなく、ブリーザー１１の長手方向が空気流通過方向と一致していればよく、ブリーザー１１を壁部１ａの両側端縁の形状に沿わない長方形状等に形成してもよい。

上記第２実施形態では、消音手段Ｓにおける消音器１６として、それの内面１６ａに吸音材１５を配設した吸音式の消音器１６を採用したが、消音器１６の構成はこれに限るものではなく、共鳴式消音器や種々の構成の消音器を採用することができる。

本発明の第１実施形態にある風洞装置を示す概要図 第１実施形態のコレクタ部の拡大側面図 第１実施形態のコレクタ部の拡大正面図 コレクタ部の吸込み口における空気流の動圧分布を示す図 本発明の第２実施形態のコレクタ部の拡大側面図 第２実施形態のコレクタ部の拡大正面図 従来の風洞装置におけるコレクタ部の拡大側面図 従来のコレクタ部の拡大正面図

符号の説明

１ 風路
１Ａ 送風側部分
１Ｂ 吸気側部分
１ａ 壁部
２ 測定室
３ 送風手段
７ａ 吹出し口
８ａ 吸込み口
１１ 開口部
１３ 抵抗体
Ａ 空気流
Ａ′ 還流空気流
Ｓ 消音手段
Ｗ 風洞装置

Claims (6)

1. 風路に設けた送風手段によって送出された空気流を前記風路の送風側部分の吹出し口から測定室に吹き出し、その測定室に吹き出された空気流を、測定室における前記吹出し口の対向位置に設けられた前記風路の吸気側部分の断面矩形状又は略矩形状の吸込み口から前記送風手段により風路内に導入する風洞装置の風路構造であって、
   前記風路の吸気側部分を形成する４つの壁部のうち、少なくとも１つの壁部の前記吸込み口近傍箇所において、少なくとも壁部幅方向の中央部分を残した状態で壁部幅方向の一側端部分又は両側端部分に、前記風路の吸込み口から導入された空気流の一部を前記測定室に還流させるための開口部を形成してある風洞装置の風路構造。
2. 前記開口部が、空気流通過方向に長い長孔に形成されてある請求項１記載の風洞装置の風路構造。
3. 前記開口部が、その開口面積を調整可能な構成に形成されてある請求項１又は２記載の風洞装置の風路構造。
4. 前記開口部が、その開口位置を調整可能に構成されてある請求項１〜３のいずれか１項に記載の風洞装置の風路構造。
5. 前記開口部に、開口部から前記測定室に還流する還流空気流の開口部における風量分布を均一化するための抵抗体が配設されてある請求項１〜４のいずれか１項に記載の風洞装置の風路構造。
6. 前記風路の壁部の外周面における開口部形成箇所に、前記開口部を覆うように消音手段が設けられてある請求項１〜５のいずれか１項に記載の風洞装置の風路構造。
   
   

Images