特許 6558634 揚抗力計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6558634

(24)【登録日】2019年7月26日

(45)【発行日】2019年8月14日

(54)【発明の名称】揚抗力計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01M 9/04 20060101AFI20190805BHJP

【ＦＩ】

   G01M9/04

【請求項の数】4

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-158637(P2015-158637)

(22)【出願日】2015年8月11日

(65)【公開番号】特開2017-37005(P2017-37005A)

(43)【公開日】2017年2月16日

【審査請求日】2018年8月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】513069961

【氏名又は名称】岩永 正裕

(74)【代理人】

【識別番号】110000420

【氏名又は名称】特許業務法人エム・アイ・ピー

(72)【発明者】

【氏名】岩永 正裕

【審査官】 多田 達也

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５７−０４９８３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３００６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２１０８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１２２９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５０５６３６１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 実開昭６３−０５３６７１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平９−７２８２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｍ ９／００ − １０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

風洞内の模型に作用する揚抗力を計測するための揚抗力計測装置であって、
大円盤に形成される開口部に模型を固定するための小円盤を着脱自在に嵌合してなる回転台座と、
前記回転台座の裏面の中心に固定される回転軸と、
風洞の壁面に固定され前記回転軸を軸支する回転軸支持手段と、
模型に作用する重力が前記回転軸に付与する回転トルクとバランスする回転トルクを該回転軸に付与するための第１の回転トルク付与手段と、
模型に作用する揚抗力が前記回転軸に付与する回転トルクとバランスする回転トルクを該回転軸に付与するための第２の回転トルク付与手段と、
前記回転トルクのバランス状態を提示するためのバランス状態提示手段と、
を含む、
揚抗力計測装置。

【請求項2】

前記第１の回転トルク付与手段は、
前記回転軸に対して回転自在に固定される軸固定手段と、
前記軸固定手段の対向する位置に前記回転軸に直交して固定される一対の第１の軸と、
前記第１の軸に対して軸方向の固定位置を変更自在に固定される第１の錘と、
を含み、
前記第２の回転トルク付与手段は、
前記回転軸に対して固定される軸固定手段と、
前記軸固定手段の対向する位置に前記回転軸に直交して固定される一対の第２の軸と、
前記第２の軸に対して軸方向の固定位置を変更自在に固定される第２の錘と、
を含む、
請求項１に記載の揚抗力計測装置。

【請求項3】

前記バランス状態提示手段は、
前記回転軸に対して回転自在に嵌合される軸受と、
一方の端が前記軸受に接続され他方の端に錘が接続される紐と、
前記回転軸に固定される円板であって、前記紐が提示する鉛直方向に対する位置合わせを行うための指標が表示される位置合わせ用円板と、
を含む、
請求項１または２に記載の揚抗力計測装置。

【請求項4】

前記大円盤に形成される前記開口部は、その径が該大円盤の表面から裏面に向かって次第に大きくなるようにテーパ状に形成され、該開口部の縁の全周にわたって角度を示す目盛が刻まれる、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の揚抗力計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、揚抗力計測装置に関し、より詳細には、風洞実験において模型に作用する揚力・抗力を電子機器を用いずに計測するための装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、風洞実験において模型に作用する揚力・抗力を測定する装置には、何らかの電子機器を搭載する必要があった（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−２４９５２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、風洞実験において模型に作用する揚力・抗力を電子機器を用いずに計測するための新規な揚抗力計測装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明者は、風洞実験において模型に作用する揚力・抗力を電子機器を用いずに計測するための構成につき鋭意検討した結果、以下の構成に想到し、本発明に至ったのである。

【0006】

すなわち、本発明によれば、風洞内の模型に作用する揚抗力を計測するための揚抗力計測装置であって、模型を偏心位置に取り付け可能な円盤状の回転台座と、前記回転台座の裏面の中心に固定される回転軸と、風洞の壁面に固定され前記回転軸を軸支する回転軸支持手段と、模型に作用する重力が前記回転軸に付与する回転トルクとバランスする回転トルクを該回転軸に付与するための第１の回転トルク付与手段と、模型に作用する揚抗力が前記回転軸に付与する回転トルクとバランスする回転トルクを該回転軸に付与するための第２の回転トルク付与手段と、前記回転トルクのバランス状態を提示するためのバランス状態提示手段と、を含む揚抗力計測装置が提供される。

【発明の効果】

【0007】

上述したように、本発明によれば、風洞実験において模型に作用する揚力・抗力を電子機器を用いずに計測するための新規な揚抗力計測装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態の揚抗力計測装置が取り付けられた縦型風洞装置を示す図。

【図2】本実施形態の揚抗力計測装置の斜視図。

【図3】本実施形態における回転台座を示す図。

【図4】迎え角を設定する方法を説明するための模式図。

【図5】翼に作用する空気力（揚力・抗力）を説明するための模式図。

【図6】回転台座の位置合わせを説明するための模式図。

【図7】４種類の基準状態を示す図。

【図8】基準状態（１）および（２）の設定手順を説明するための模式図。

【図9】基準状態（１）および（２）の設定手順を説明するための模式図。

【図10】基準状態（１）の下での実験手順を説明するための模式図。

【図11】基準状態（２）の下での実験手順を説明するための模式図。

【図12】基準状態（３）および（４）の設定手順を説明するための模式図。

【図13】基準状態（３）および（４）の設定手順を説明するための模式図。

【図14】基準状態（３）の下での実験手順を説明するための模式図。

【図15】基準状態（４）の下での実験手順を説明するための模式図。

【図16】基準状態（１）〜（４）の下で回転台座に作用する揚力Ｌと抗力Ｄを説明するための模式図。

【図17】位置合わせ用円板を示す図。

【図18】実験結果を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜、その説明を省略するものとする。

【0010】

図１は、本発明の実施形態である揚抗力計測装置１００が取り付けられた縦型風洞装置２００を示す。縦型風洞装置２００は、第１の整流部９２と、縮流部９３と、透明な円筒状部材によって構成される風洞９４と、第２の整流部９５と、吸気ファン９７と、台座９８とを含み、吸気ファン９７の駆動によって、第１の整流部９２で整流された空気が縮流部９３を通って風洞９４内に導入され鉛直方向下方に流下するように構成されている。この縦型風洞装置２００に対して、本実施形態の揚抗力計測装置１００は、風洞９４の壁面に跨る形で固定される。

【0011】

図２は、揚抗力計測装置１００の斜視図を示す。図２に示すように、揚抗力計測装置１００は、円盤状の回転台座１０と、回転台座１０に固定される回転軸２０と、摩擦抵抗の小さい軸受によって回転軸２０を軸支する回転軸支持手段３０と、回転軸２０に回転トルクを付与するための第１の回転トルク付与手段４０および第２の回転トルク付与手段５０と、回転軸２０に付与される回転トルクのバランス状態を提示するためのバランス状態提示手段６０とを含んで構成されている。

【0012】

回転軸支持手段３０は、風洞９４の壁面に固定され、その軸受が回転軸２０を風洞９４の長手方向に直交する形で回転自在に軸支する。回転軸支持手段３０に軸支された回転軸２０は、その一部が風洞９４の内側に突出し、残りの部分が風洞９４の外側に突出する。

【0013】

一方、回転台座１０は、風洞９４の内側に突出した回転軸２０の端部に取り外し自在に固定される。図３（ａ）は、回転台座１０の表面を示し、図３（ｂ）、（ｃ）は、回転台座１０のＡ−Ａ’線の断面図を示す。図３に示すように、回転台座１０は、大円盤１２と小円盤１４からなり、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、大円盤１２の裏面の中心には、回転軸２０の端部を嵌合するため孔を備えた嵌合部１９が形成されている。

【0014】

大円盤１２と小円盤１４は同じ厚みを有しており、大円盤１２に形成される円形の開口部１３に小円盤１４を嵌合して一体化することによって回転台座１０が構成される。大円盤１２に形成される開口部１３は、回転台座１０の回転中心から偏心した位置にその中心を有し、開口部１３の径が大円盤１２の表面から裏面に向かって次第に大きくなるように、その内周側面がテーパ状に形成されている。一方、小円盤１４の外周側面は、開口部１３の内周側面に合致するようにテーパ状に形成されており、小円盤１４を大円盤１２に嵌合したときに回転台座１０の表面が面一になるように構成されている。

【0015】

ここで、小円盤１４の表面には、計測対象となる模型の翼８０を取り付けるための２つの突起１６ａ，１６ｂがその直径方向に並設されており、小円盤１４を大円盤１２に嵌合したときに突起１６ａ，１６ｂが回転台座１０の表面に突出するようになっている。一方、翼８０の側面には、突起１６ａ，１６ｂに対応する形状・大きさを有した２つの孔８２ａ，８２ｂが翼弦方向に並設されており、孔８２ａ，８２ｂに突起１６ａ，１６ｂを嵌合することにより、翼８０が、その翼弦方向を小円盤１４の直径方向に一致させる形で、回転台座１０の偏心位置に取り付けられるようになっている。

【0016】

さらに、本実施形態においては、小円盤１４の表面に翼８０の翼弦方向を示す印１７が表示され、小円盤１４が嵌合される開口部１３の縁の全周にわたって角度を示す目盛１８が等間隔（例えば５度おき）に刻まれている。本実施形態においては、この目盛１８を目安にしながら、図３（ｃ）に示すように、小円盤１４を円周方向に回転させて大円盤１２に嵌合することによって、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、翼８０の迎え角θを所望の角度に設定することができるようになっている。

【0017】

さらに、本実施形態においては、後述する４種類の基準状態を設定するために、大円盤１２の中心と小円盤１４の中心を通る直線上に位置する２つの目盛１８のそれぞれに対して、大円盤１２の中心から見て順番に、印「２」および印「１」が付されており、さらに、印「２」から見て時計回りに９０°離れた位置の目盛１８には印「４」が付され、印「１」から見て時計回りに９０°離れた位置の目盛１８には印「３」が付されている。

【0018】

再び、図２に戻って説明を続ける。

【0019】

図２に示すように、風洞９４の外側に突出する方の回転軸２０には、風洞９４から見て順番に、第１の回転トルク付与手段４０、第２の回転トルク付与手段５０、およびバランス状態提示手段６０が取り付けられる。

【0020】

まず、第１の回転トルク付与手段４０について説明する。第１の回転トルク付与手段４０は、回転軸２０に対して回転自在に固定されるリング状の軸固定手段４２と、軸固定手段４２の外周側面の対向する位置に、回転軸２０に直交する形で固定される一対の軸４４，４４と、軸４４に嵌合されるリング状の錘４８を含んで構成される。本実施形態では、回転台座１０の偏心位置に取り付けられる翼８０に作用する重力による回転トルクが回転軸２０に作用する。これに対し、軸４４に固定された錘４８の重力による回転トルクが翼８０の重力による回転トルクを打ち消すように作用する。

【0021】

ここで、錘４８は、軸４４の軸方向に摺動させることで、その固定位置を自由に変更することができるようになっており、これにより、回転軸２０に付与する回転トルクの大きさを調節することができるようになっている。また、軸固定手段４２は、回転軸２０の軸回りに回転させることで、その軸回りの固定位置を自由に変更することができるように構成されている。

【0022】

次に、第２の回転トルク付与手段５０について説明する。第２の回転トルク付与手段５０は、回転軸２０に固定される円柱状の軸固定手段５２と、軸固定手段５２の外周側面の対向する位置にその軸中心を一致する形で固定される一対の軸５４，５４と、軸５４に嵌合されるリング状の錘５８を含んで構成される。

【0023】

本実施形態においては、風洞９４内の回転台座１０に固定された翼８０に向けて鉛直方向に空気が流下すると、図５に示すように、翼８０に対して空気力Ａが作用する。この空気力Ａの鉛直方向成分が抗力Ｄとして観念され、その水平方向成分が揚力Ｌとして観念される。そして、本実施形態においては、先述したように、回転台座１０の偏心位置に翼８０が取り付けられるため、翼８０に作用する空気力Ａによる回転トルクが回転軸２０に作用する。これに対し、軸５４に固定された錘５８の重力による回転トルクが翼８０に作用する空気力Ａによる回転トルクを打ち消すように作用する。

【0024】

ここで、錘５８は、軸５４の軸方向に摺動させることで、その固定位置を自由に変更することができるようになっており、これにより、回転軸２０に付与する回転トルクの大きさを調節することができるようになっている。また、軸固定手段５２は、回転軸２０の軸回りに回転させることで、その軸回りの固定位置を自由に変更することができるようになっている。さらに、軸５４の軸方向には、回転軸２０の中心軸と錘５８の重心との離間距離を読み取るための目盛５６が刻まれている。

【0025】

次に、バランス状態提示手段６０について説明する。バランス状態提示手段６０は、回転軸２０に対して回転自在に嵌合される摩擦抵抗の小さい軸受６２と、軸受６２の外周面に固定される紐６４と、紐６４の端に固定される錘６６と、回転軸２０の端部がその中心に固定される位置合わせ用円板６８を含んで構成されている。ここで、摩擦抵抗の小さい軸受６２の外周面は、回転軸２０の回転に抗して軸周りに回転しないようになっており、軸受６２から吊り下げられる紐６４の長手方向が、常に、鉛直方向と一致するようになっている。一方、位置合わせ用円板６８は、透明材料で形成されており、その表面には、紐６４が提示する鉛直方向に対して位置合わせを行うための指標として、図６に示すように、円板の中心を通って直径方向に伸びる基準線Ｒが表示されている。

【0026】

また、本実施形態においては、図６に示すように、回転軸２０の回転台座１０に固定される端部に位置合わせ用の突条が形成されている。この突条は、回転軸２０の十字方向に形成され、その十字の縦方向が位置合わせ用円板６８に表示される基準線Ｒに平行になるように形成されている。一方、回転台座１０の嵌合部１９の孔には、回転軸２０の位置合わせ用の突条に対応する位置合わせ用の溝が孔の十字方向に形成されている。さらに、第２の回転トルク付与手段５０の一対の軸５４は、基準線Ｒの直交方向に平行となるように軸固定手段５２に固定される。

【0027】

以上、揚抗力計測装置１００の構成について説明してきたが、続いて、揚抗力計測装置１００を使用した揚抗力の計測方法について説明する。

【0028】

本実施形態においては、揚抗力計測装置１００を使用して揚抗力の計測を行う際、１つの計測対象について最大４回の風洞実験を実施する。各実験では、回転台座１０が４種類の異なる基準状態に置かれる。図７（ａ）〜（ｄ）は、４種類の異なる基準状態を示す。

【0029】

基準状態（１）とは、図７（ａ）に示すように、大円盤１２の中心から見て鉛直方向上方に小円盤１４が位置し、小円盤１４に固定された翼８０の前縁が鉛直方向上方を向き、小円盤１４の中心と大円盤１２の中心を通る直線Ｓ１（以下、直線Ｓ１という）が鉛直方向Ｖに一致する状態をいう。

【0030】

基準状態（２）とは、図７（ｂ）に示すように、大円盤１２の中心から見て鉛直方向下方に小円盤１４が位置し、小円盤１４に固定された翼８０の前縁が鉛直方向上方を向き、直線Ｓ１が鉛直方向Ｖに一致する状態をいう。

【0031】

基準状態（３）とは、図７（ｃ）に示すように、大円盤１２の中心から見て紙面左側に小円盤１４が位置し、小円盤１４に固定された翼８０の前縁が鉛直方向上方を向き、直線Ｓ１が水平方向Ｈに一致する状態をいう。

【0032】

基準状態（４）とは、図７（ｄ）に示すように、大円盤１２の中心から見て紙面右側に小円盤１４が位置し、小円盤１４に固定された翼８０の前縁が鉛直方向上方を向き、直線Ｓ１が水平方向Ｈに一致する状態をいう。

【0033】

続いて、風洞実験の具体的な手順を基準状態ごとに説明する。なお、各実験において、気流の流速および翼８０の迎え角の条件は統一する。

【0034】

最初に、回転台座１０を基準状態（１）に置く。具体的には、まず、印「１」を基準として翼８０が決められた迎え角θを取るように小円盤１４を回転台座１０に嵌合する。その後、翼８０を取り付けた回転台座１０を風洞９４の中に差し入れ、回転台座１０の裏面に回転軸２０の端部を嵌合して固定する。このとき、図８（ａ）に示すように、回転台座１０の直線Ｓ１と位置合わせ用円板６８の基準線Ｒが平行になるように、回転台座１０の位置合わせ用の溝に対して回転軸２０の位置合わせ用の突条を嵌合する。

【0035】

続いて、図８（ｂ）に示すように、回転台座１０の直線Ｓ１と第１の回転トルク付与手段４０の軸４４の軸方向がほぼ平行になるように軸固定手段４２を回転軸２０の軸周りに回転させた後、小円盤１４と向かい合わない方の軸４４に対して錘４８を嵌合する。その後、位置合わせ用円板６８が任意の角度において手を離したところで静止するようになるまで、図９（ａ）に示すように、軸固定手段４２（軸４４）の回転軸２０の軸周りの角度と錘４８の軸４４の軸方向の位置を微調整する。換言すると、軸４４の軸方向と、回転台座１０の回転中心と回転台座１０の重心を結ぶ直線とが平行になって、錘４８の重力による回転トルクと翼８０の重力による回転トルクがバランスするようになるまで、軸固定手段４２（軸４４）の角度と錘４８の位置を試行錯誤的に微調整する。（以下、基準状態（２）〜（３）について同様。）

【0036】

最後に、図９（ｂ）に示すように、位置合わせ用円板６８の基準線Ｒと紐６４が提示する鉛直方向を一致させる。その結果、回転台座１０は、図１０（ａ）に示す基準状態（１）に置かれる。

【0037】

回転台座１０を基準状態（１）に置いて、位置合わせ用円板６８の基準線Ｒと紐６４が提示する鉛直方向がずれないように手を軽く添えた状態で、風洞９４内に気流を導入すると、図１０（ｂ）に示すように、回転台座１０に取り付けられた翼８０に空気力が作用し、この空気力による回転トルクＴ１が回転軸２０に作用して回転軸２０を紙面時計回りに回転させようとする。

【0038】

これを受けて、紙面左側の軸５４に対して錘５８を嵌合した後、手を離しても基準状態（１）が保持されるようになるまで、錘５８の軸５４の軸方向の位置を試行錯誤的に微調整する。その結果、図１０（ｃ）に示すように、手を離しても基準状態（１）が保持されるようになった時点で、軸５４に刻まれた目盛５６を読み取って、回転軸２０の中心軸と錘５８の重心との離間距離ｄ１を取得する。

【0039】

続いて、回転台座１０を基準状態（２）に置く。具体的には、まず、翼８０が印「２」を基準として決められた迎え角θを取るように小円盤１４を回転台座１０に嵌合する。その後、翼８０を取り付けた回転台座１０を風洞９４の中に差し入れ、回転台座１０の裏面に回転軸２０の端部を嵌合して固定する。

【0040】

このとき、基準状態（１）のときと同様に、回転台座１０の直線Ｓ１と位置合わせ用円板６８の基準線Ｒが平行になるように、回転台座１０の位置合わせ用の溝に対して回転軸２０の位置合わせ用の突条を嵌合するとともに、回転台座１０の直線Ｓ１と第１の回転トルク付与手段４０の軸４４の軸方向がほぼ平行になるように軸固定手段４２を回転軸２０の軸周りに回転させた後、小円盤１４と向かい合わない方の軸４４に対して錘４８を嵌合する。

【0041】

その後、位置合わせ用円板６８が任意の角度において手を離したところで静止するようになるまで、軸固定手段４２（軸４４）の回転軸２０の軸周りの位置および錘４８の軸４４の軸方向の位置を試行錯誤的に微調整した後、位置合わせ用円板６８の基準線Ｒと紐６４が提示する鉛直方向を一致させる。その結果、回転台座１０は、図１１（ａ）に示す基準状態（２）に置かれる。

【0042】

回転台座１０を基準状態（２）に置いて、位置合わせ用円板６８の基準線Ｒと紐６４が提示する鉛直方向がずれないように手を軽く添えた状態で、風洞９４内に気流を導入すると、図１１（ｂ）に示すように、回転台座１０に取り付けられた翼８０に空気力が作用し、この空気力による回転トルクＴ２が回転軸２０に作用して回転軸２０を紙面反時計回りに回転させようとする。

【0043】

これを受けて、紙面左側の軸５４に対して錘５８を嵌合した後、手を離しても基準状態（２）が保持されるようになるまで、錘５８の軸５４の軸方向の位置を試行錯誤的に微調整する。その結果、図１１（ｃ）に示すように、手を離しても基準状態（２）が保持されるようになった時点で、軸５４に刻まれた目盛５６を読み取って、回転軸２０の中心軸と錘５８の重心との離間距離ｄ２を取得する。

【0044】

続いて、回転台座１０を基準状態（３）に置く。具体的には、まず、翼８０が印「３」を基準として決められた迎え角θを取るように小円盤１４を回転台座１０に嵌合する。その後、翼８０を取り付けた回転台座１０を風洞９４の中に差し入れ、回転台座１０の裏面に回転軸２０の端部を嵌合して固定する。このとき、図１２（ａ）に示すように、回転台座１０の中心を通って直線Ｓ１と直交する直線Ｓ２（以下、直線Ｓ２という）と位置合わせ用円板６８の基準線Ｒが平行になるように、回転台座１０の位置合わせ用の溝に対して回転軸２０の位置合わせ用の突条を嵌合する。

【0045】

続いて、図１２（ｂ）に示すように、回転台座１０の直線Ｓ１と第１の回転トルク付与手段４０の軸４４の軸方向がほぼ平行になるように軸固定手段４２を回転軸２０の軸周りに回転させた後、小円盤１４と向かい合わない方の軸４４に対して錘４８を嵌合する。その後、位置合わせ用円板６８が任意の角度において手を離したところで静止するようになるまで、図１３（ａ）に示すように、軸固定手段４２（軸４４）の回転軸２０の軸周りの角度と錘４８の軸４４の軸方向の位置を微調整する。

【0046】

最後に、図１３（ｂ）に示すように、位置合わせ用円板６８の基準線Ｒと紐６４が提示する鉛直方向を一致させる。その結果、回転台座１０は、図１４（ａ）に示す基準状態（３）に置かれる。

【0047】

回転台座１０を基準状態（３）に置いて、位置合わせ用円板６８の基準線Ｒと紐６４が提示する鉛直方向がずれないように手を軽く添えた状態で、風洞９４内に気流を導入すると、図１４（ｂ）に示すように、回転台座１０に取り付けられた翼８０に空気力が作用し、この空気力による回転トルクＴ３が回転軸２０に作用して回転軸２０を紙面反時計回りに回転させようとする。

【0048】

これを受けて、紙面左側の軸５４に対して錘５８を嵌合した後、手を離しても基準状態（３）が保持されるようになるまで、錘５８の軸５４の軸方向の位置を試行錯誤的に微調整する。その結果、図１４（ｃ）に示すように、手を離しても基準状態（３）が保持されるようになった時点で、軸５４に刻まれた目盛５６を読み取って、回転軸２０の中心軸と錘５８の重心との離間距離ｄ３を取得する。

【0049】

続いて、回転台座１０を基準状態（４）に置く。具体的には、まず、翼８０が印「４」を基準として決められた迎え角θを取るように小円盤１４を回転台座１０に嵌合する。その後、翼８０を取り付けた回転台座１０を風洞９４の中に差し入れ、回転台座１０の裏面に回転軸２０の端部を嵌合して固定する。このとき、基準状態（３）のときと同様に、回転台座１０の直線Ｓ２と位置合わせ用円板６８の基準線Ｒが平行になるように、回転台座１０の位置合わせ用の溝に対して回転軸２０の位置合わせ用の突条を嵌合するとともに、回転台座１０の直線Ｓ１と第１の回転トルク付与手段４０の軸４４の軸方向がほぼ平行になるように軸固定手段４２を回転軸２０の軸周りに回転させた後、小円盤１４と向かい合わない方の軸４４に対して錘４８を嵌合する。

【0050】

その後、位置合わせ用円板６８が任意の角度において手を離したところで静止するようになるまで、軸固定手段４２（軸４４）の回転軸２０の軸周りの位置および錘４８の軸４４の軸方向の位置を試行錯誤的に微調整した後、位置合わせ用円板６８の基準線Ｒと紐６４が提示する鉛直方向を一致させる。その結果、回転台座１０は、図１５（ａ）に示す基準状態（４）に置かれる。

【0051】

回転台座１０を基準状態（４）に置いて、位置合わせ用円板６８の基準線Ｒと紐６４が提示する鉛直方向がずれないように手を軽く添えた状態で、風洞９４内に気流を導入すると、図１５（ｂ）に示すように、回転台座１０に取り付けられた翼８０に空気力が作用し、この空気力による回転トルクＴ４が回転軸２０に作用して回転軸２０を紙面時計回りに回転させようとする。

【0052】

これを受けて、紙面左側の軸５４に対して錘５８を嵌合した後、手を離しても基準状態（４）が保持されるようになるまで、錘５８の軸５４の軸方向の位置を試行錯誤的に微調整する。その結果、図１５（ｃ）に示すように、手を離しても基準状態（４）が保持されるようになった時点で、軸５４に刻まれた目盛５６を読み取って、回転軸２０の中心軸と錘５８の重心との離間距離ｄ４を取得する。

【0053】

以上、１つの測定対象について最大４回実施される風洞実験の手順について説明してきたが、続いて、上述した風洞実験の結果を用いて揚抗力を算出する手順について説明する。

【0054】

図１６は、回転台座１０を基準状態（１）〜（４）に置いて気流を鉛直方向Ｖに流下させたときに、回転台座１０に作用する空気力（揚力Ｌと抗力Ｄ）とその作用点を示す。ここで、基準状態（１）〜（４）における揚力Ｌと抗力Ｄの関係は、それぞれ、下記式（１）〜（４）で表すことができる。

【0055】

【数1】

【0056】

上記式（１）〜（４）において、ηは小円盤１４の中心と空気力Ａの作用点との水平方向の離間距離を表し、ξは小円盤１４の中心と空気力Ａの作用点との垂直方向の離間距離を表し、ｒは大円盤１２の中心と小円盤１４の中心との離間距離を表し、Ｔ１〜Ｔ４は、空気力Ａが回転軸２０にもたらす回転トルクを表す。

【0057】

ここで、上記式（１）〜（４）におけるＴ１〜Ｔ４は、回転台座１０を基準状態（１）〜（４）に置いて実施した風洞実験で取得された離間距離ｄ１〜ｄ４と、錘５８の質量ｍと、重力加速度ｇを下記式（５）〜（８）に代入することで求まる。

【0058】

【数2】

【0059】

本実施形態においては、上記式（１）と（２）からなる連立方程式の解として揚力Ｌを算出することができ、上記式（３）と（４）からなる連立方程式の解として抗力Ｄを算出することができる。さらに、上記式（１）、（２）、（３）からなる連立方程式または上記式（１）、（２）、（４）からなる連立方程式の解として、揚力Ｌおよび抗力Ｄを算出することができる。さらに加えて、上記式（１）、（３）、（４）からなる連立方程式または上記式（２）、（３）、（４）からなる連立方程式の解として、揚力Ｌおよび抗力Ｄを算出することができる。

【0060】

つまり、本実施形態においては、揚力Ｌのみを計測する場合、回転台座１０を２つの基準状態（１）および（２）においた２回の風洞実験を行えばよく、抗力Ｄのみを計測する場合は、回転台座１０を２つの基準状態（３）および（４）においた２回の風洞実験を行えばよい。また、揚力Ｌと抗力Ｄの両方を計測する場合は、回転台座１０を４つの基準状態（１）〜（４）の中から選択されるいずれか３つの基準状態において風洞実験を行えばよい。

【0061】

以上、説明したように、本実施形態の揚抗力計測装置１００によれば、風洞実験において模型に作用する揚力・抗力を電子機器を用いずに計測することができる。

【0062】

以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の設計変更が可能である。

【0063】

例えば、バランス状態提示手段６０の位置合わせ用円板６８の表面に表示する位置合わせ用の指標は、上述した基準線Ｒに限定されるものではなく、紐６４が提示する鉛直方向に対する位置合わせを可能にするものであれば、どのような態様の指標であってもよい。図１７は、位置合わせ用の指標として分度器の目盛を刻んでなる位置合わせ用円板６８を例示する。なお、位置合わせ用円板６８は、透明でなくてもよい。

【0064】

また、上述した実施形態では、回転軸２０および回転台座１０の嵌合部１９のそれぞれに位置合わせ用の溝および孔を形成する構成を示したが、これに代えて、回転台座１０の裏面に直線Ｓ１および直線Ｓ２を表示した上で、回転台座１０の回転軸２０周りの固定位置または位置合わせ用円板６８の回転軸２０周りの固定位置の少なくとも一方を変更自在とする構成を採用してもよい。この場合、位置合わせ用円板６８の基準線Ｒと回転台座１０の裏面の直線Ｓ１または直線Ｓ２が平行になることを目視で確認して、回転台座１０または位置合わせ用円板６８の回転軸２０周りの固定位置を決定する。

【0065】

また、上述した実施形態では、揚抗力計測装置１００を縦型風洞装置に取り付ける例を示したが、本実施形態の揚抗力計測装置１００は、鉛直方向の流れの風洞のみならず水平方向の流れの風洞においても有効に機能することはいうまでもない。その他、当業者が推考しうるその他の実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

【実施例】

【0066】

以下、本発明の揚抗力計測装置について、実施例を用いてより具体的に説明を行なうが、本発明は、後述する実施例に限定されるものではない。

【0067】

図２に示したのと同様の揚抗力計測装置を作製し、作製した揚抗力計測装置を鉛直円筒吸い込み型の風洞内にセットした。そして、円盤台座を上述した基準状態（１）、（２）、（３）に置いた風洞実験を行い、実験結果に基づいて揚力Ｌおよび抗力Ｄを計算により求めた。なお、風洞内の気流の最大流速を7.3m/sとし、４種類の迎え角（5°、10°、15°、20°）を設定して実験を行った。

【0068】

実験で得られた揚力Ｌおよび抗力Ｄの計算値を、それぞれ、下記式（９）および（１０）に代入して揚力係数Ｃ_Ｌおよび抗力係数Ｃ_Ｄを求めた。なお、下記式（９）および（１０）において、ρは空気の比重を表し、ｑは空気の流速を表し、Ｓは実験に使用した翼の翼面積を表す。

【0069】

【数3】

【0070】

図１８は、実験結果を示すグラフである。図１８において、■は揚力係数Ｃ_Ｌの実験値を示し、●は抗力係数Ｃ_Ｄの実験値を示し、△はポテンシャル理論で求めた揚力係数Ｃ_Ｌの理論値を示す。図１８に示すように、揚力係数Ｃ_Ｌの実験値と理論値が良く一致したことから、本発明の揚抗力計測装置の実用性を確認することができた。

【符号の説明】

【0071】

１０…回転台座、１２…大円盤、１３…開口部、１４…小円盤、１６…突起、１７…印、１８…目盛、１９…嵌合部、２０…回転軸、３０…回転軸支持手段、４０…第１の回転トルク付与手段、４２…軸固定手段、４４…軸、４８…錘、５０…第２の回転トルク付与手段、５２…軸固定手段、５４…軸、５６…目盛、５８…錘、６０…バランス状態提示手段、６２…軸受、６４…紐、６６…錘、６８…位置合わせ用円板、８０…翼、８２ａ，８２ｂ…孔、９２…第１の整流部、９３…縮流部、９４…風洞、９５…第２の整流部、９７…吸気ファン、９８…台座、１００…揚抗力計測装置、２００…縦型風洞装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】