特開 2024-69870 風洞試験システム及び煙発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024069870

(43)【公開日】2024-05-22

(54)【発明の名称】風洞試験システム及び煙発生装置

(51)【国際特許分類】

   G01M 9/02 20060101AFI20240515BHJP

   G01P 13/00 20060101ALI20240515BHJP

【ＦＩ】

G01M9/02

G01P13/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022180127

(22)【出願日】2022-11-10

(71)【出願人】

【識別番号】515086908

【氏名又は名称】株式会社トヨタプロダクションエンジニアリング

(74)【代理人】

【識別番号】100114306

【弁理士】

【氏名又は名称】中辻 史郎

(74)【代理人】

【識別番号】100148655

【弁理士】

【氏名又は名称】諏訪 淳一

(72)【発明者】

【氏名】坂本 拓也

(72)【発明者】

【氏名】藤本 佳郎

【テーマコード（参考）】

2F034

2G023

【Ｆターム（参考）】

2F034CA05

2F034CA15

2G023AA03

2G023AB02

2G023AB15

2G023AB17

2G023AB24

2G023AC03

(57)【要約】

【課題】被測定物の周囲の気流を効率良く解析することを可能にすることを課題とする。
【解決手段】本実施形態では、風洞試験システム１０の送風部３０で発生させた所定の風速に煙発生装置６０の穴が設けられた円盤部を回転させることにより発生した間欠煙を射出し、この間欠煙により被測定物１００の周りの気流の画像を撮像部４０で撮像し、その画像を解析部５０により解析することにより、被測定物１００の周りの気流を可視化するようにした。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

風洞に設置された被測定物に対して煙を射出し、該被測定物の周囲の煙の流れを解析する風洞試験システムであって、
前記風洞内に所定の風速の空気を送風する送風部と、
前記被測定物に向けて間欠的に煙を発生する煙発生装置と、
前記被測定物の周囲の煙の流れを含む画像を撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された画像に基づいて、前記被測定物の周囲の空気の流れを解析する解析部と
を備えた風洞試験システム。

【請求項2】

前記煙発生装置は、
外周部に所定の間隔で穴が設けられた円盤部と、
前記円盤部の中心を軸として所定方向に回転させる駆動部と、
煙を発生する煙発生部と、
前記煙発生部により発生された煙を前記円盤部の外周部に導く第１の円筒部と、
前記円盤部に設けられた穴を通過した煙を前記被測定物に導く第２の円筒部と
を備えた請求項１に記載の風洞試験システム。

【請求項3】

前記円盤部は、
穴の数、穴の中心位置、穴の大きさ並びに直径が同一の複数の円盤からなり、
前記複数の円盤の中心を位置合わせした状態で少なくとも１つの円盤を回転させることにより、前記煙発生部により発生された煙が前記複数の円盤を通過可能な量を変更可能とした請求項２に記載の風洞試験システム。

【請求項4】

前記煙発生装置は、
前記煙発生部により発生された煙が前記複数の円盤を通過可能な量を調整すべく、前記複数の円盤の間に設けられた歯車を制御する歯車制御部を備えた請求項３に記載の風洞試験システム。

【請求項5】

前記歯車制御部は、
前記複数の円盤の回転数に応じて前記煙発生部により発生された煙が前記複数の円盤を通過可能な量を調整するよう、前記複数の円盤の間に設けられた歯車を制御する請求項４に記載の風洞試験システム。

【請求項6】

前記解析部は、
前記撮像部により撮像された画像に粒子画像流速測定法を適用して、前記被測定物の周囲の空気の流れを解析する請求項１乃至５のいずれか一つに記載の風洞試験システム。

【請求項7】

風洞に設置された被測定物に対して煙を射出し、該被測定物の周囲の煙の流れを解析する場合に用いられる煙発生装置であって、
外周部に所定の間隔で穴が設けられた円盤部と、
前記円盤部の中心を軸として所定方向に回転させる駆動部と、
煙を発生する煙発生部と、
前記煙発生部により発生された煙を前記円盤部の外周部に導く第１の円筒部と、
前記円盤部に設けられた穴を通過した煙を前記被測定物に導く第２の円筒部と
を備えた煙発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被測定物の周囲の気流を効率良く解析することを可能にする風洞試験システム及び煙発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、車両等の対象物の周囲の気流を観測する風洞試験システムが知られている。例えば、車両の走行時の風の影響を測定する場合には、該車両を風洞試験システム内に設置し、煙流出ノズルから該車両に対して煙を射出するとともに、車両の周囲の画像をカメラで撮像する。そして、カメラで撮像した画像をＰＩＶ（Particle Image Velocimetry）解析することにより、車両の周囲の気流が観測される。

【0003】

このため、特許文献１には、被測定物に向けて射出された被測定物の周囲の煙の流線を可視化する風洞試験装置が開示されている。かかる特許文献１を用いることにより、被測定物の周囲の気流の経路を線として計測することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平４－０６６８３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記特許文献１のものは、煙流出ノズルから該車両に対して煙を連続的に射出するため、煙が一様に混ざり合ってしまう場合がある。その結果、ＰＩＶ解析で必要な煙の濃淡や形状が発生せず、気流の解析ができないという問題が生ずる場合がある。

【0006】

本発明は、上記従来技術による問題点（課題）を解決するためになされたものであって、被測定物の周囲の気流を効率良く解析することを可能にする風洞試験システム及び煙発生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】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、風洞に設置された被測定物に対して煙を射出し、該被測定物の周囲の煙の流れを解析する風洞試験システムであって、前記風洞内に所定の風速の空気を送風する送風部と、前記被測定物に向けて間欠的に煙を発生する煙発生装置と、前記被測定物の周囲の煙の流れを含む画像を撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された画像に基づいて、前記被測定物の周囲の空気の流れを解析する解析部とを備えた。

【0008】

また、本発明は、上記発明において、前記煙発生装置は、外周部に所定の間隔で穴が設けられた円盤部と、前記円盤部の中心を軸として所定方向に回転させる駆動部と、煙を発生する煙発生部と、前記煙発生部により発生された煙を前記円盤部の外周部に導く第１の円筒部と、前記円盤部に設けられた穴を通過した煙を前記被測定物に導く第２の円筒部とを備えた。

【0009】

また、本発明は、上記発明において、前記円盤部は、穴の数、穴の中心位置、穴の大きさ並びに直径が同一の複数の円盤からなり、前記複数の円盤の中心を位置合わせした状態で少なくとも１つの円盤を回転させることにより、前記煙発生部により発生された煙が前記複数の円盤を通過可能な量を変更可能とした。

【0010】

また、本発明は、上記発明において、前記煙発生装置は、前記煙発生部により発生された煙が前記複数の円盤を通過可能な量を調整すべく、前記複数の円盤の間に設けられた歯車を制御する歯車制御部を備えた。

【0011】

また、本発明は、上記発明において、前記歯車制御部は、前記複数の円盤の回転数に応じて前記煙発生部により発生された煙が前記複数の円盤を通過可能な量を調整するよう、前記複数の円盤の間に設けられた歯車を制御する。

【0012】

また、本発明は、上記発明において、前記解析部は、前記撮像部により撮像された画像に粒子画像流速測定法を適用して、前記被測定物の周囲の空気の流れを解析する。

【0013】

また、本発明は、風洞に設置された被測定物に対して煙を射出し、該被測定物の周囲の煙の流れを解析する場合に用いられる煙発生装置であって、外周部に所定の間隔で穴が設けられた円盤部と、前記円盤部の中心を軸として所定方向に回転させる駆動部と、煙を発生する煙発生部と、前記煙発生部により発生された煙を前記円盤部の外周部に導く第１の円筒部と、前記円盤部に設けられた穴を通過した煙を前記被測定物に導く第２の円筒部とを備えた。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、被測定物の周囲の気流を効率良く解析することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、実施形態に係る風洞試験システムの概要を示す図である。

【図2】図２は、図１に示した煙発生装置の斜視図を示す図である。

【図3】図３は、図２に示した煙発生装置の上面図を示す図である。

【図4】図４は、図３に示した煙発生装置のＡＡ'面での断面を示す図である。

【図5】図５は、図３に示した円盤部の構造の一例を示す図である。

【図6】図６は、風洞試験システムにおける間欠煙の状況の一例を示す図である。

【図7】図７は、風洞試験システムにおける気流の解析の一例を示す図である。

【図8】図８は、変形例１の円盤部の構造の一例を示す図である。

【図9】図９は、変形例２の円盤部の構造の一例を示す図である。

【図10】図１０は、変形例３の円盤部の構造の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、本発明に係る風洞試験システム及び煙発生装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【0017】

まず、本実施形態に係る風洞試験システムの概要について説明する。図１は、実施形態に係る風洞試験システムの概要を示す図である。図１に示す風洞試験システム１０は、風洞２０内に送風部３０から一定の速度（例えば３０ｋｍ／ｈ）の風を発生させ、煙発生装置６０で間欠的に発生した煙を被測定物１００に送る。そして、被測定物１００の周りの煙の動きを撮像部４０で撮像し、撮像した画像を解析部５０で解析することにより被測定物１００の気流を解析するシステムである。

【0018】

図１に示すように、風洞試験システム１０は、風洞２０、風洞窓２１、送風部３０、撮像部４０、解析部５０及び煙発生装置６０を有する。また、被測定物１００は、ワイヤ１０１によって風洞２０の天井部から吊り下げられている。風洞２０は、四方を壁で囲まれた四角柱の形状であり、解放端の一端に送風部３０が配設されている。また、風洞２０の内部の様子を撮像するために、四方の壁の一部に透明なアクリル等を用いた風洞窓２１を配設している。

【0019】

送風部３０は、風洞２０に所定の風速の風を送る装置である。撮像部４０は、被測定物１００の周りの煙の流れを撮像し、撮像した画像を解析部５０に送信する。解析部５０は、撮像部４０で撮像した煙の流れの画像から気流のベクトルを解析する処理部である。気流のベクトルを解析する方法としては、例えば粒子画像流速測定法（ＰＩＶ：Particle Image Velocimetry）等がある。煙発生装置６０は、風洞２０の外部に設置され、円筒部により風洞２０内に間欠的に煙を発生させる装置である。

【0020】

＜煙発生装置６０の構造の概要＞
次に、煙発生装置６０の構造の概要について説明する。図２は、図１に示した煙発生装置６０の斜視図を示す図である。図２に示すように、煙発生装置６０は、煙発生部６１と、円筒部６２と、別の円筒部６３と、円盤挟み込み部６４と、円盤部６５と、駆動部６６と、駆動制御部６７とを有する。また、円盤部６５には、円盤部６５を貫通する穴６８を複数有する。

【0021】

煙発生部６１は、連続的に煙を発生する部位である。煙の発生は、例えばグリコーゲンを主成分とする液体を加熱し気化させ、その後、断熱膨張することにより煙を発生させる。円筒部６２は、該煙発生部６１で発生した煙を円盤部６５に導く管である。円筒部６３は、円筒部６２と円盤部６５に設けられた穴６８とを通過した煙を被測定物１００に導く管である。

【0022】

円盤挟み込み部６４は、一端に円筒部６２が接続されており、もう一方に円筒部６３が接続されている治具で、円筒部６２の接続部と円筒部６３の接続部の間に円盤部６５を挟み込む。

【0023】

円盤部６５は、円形の板状の構造であり、外周部に所定の間隔で穴６８が設けられている。駆動部６６は、円盤部６５を所定の回転数で回転させる。駆動部６６は、円盤部６５と接続されている。駆動制御部６７は、円盤部６５が所定の回転数になるように駆動部６６を制御する制御部である。

【0024】

次に、煙発生装置６０の構造について詳細に説明する。図３は、図２に示した煙発生装置６０の上面図を示す図である。図３に示すように、煙発生部６１は、煙の出力部に円筒部６２の一端が接続されており、煙発生部６１から発生された煙は、円筒部６２に導かれる。円筒部６２のもう一端は円盤挟み込み部６４に接続されている。円筒部６３は、一端を円盤挟み込み部６４に接続されており、円筒部６２に導かれた煙は、円盤部６５に設けられた穴６８を通過し円筒部６３より被測定物１００に射出される。

【0025】

円盤部６５は、円盤挟み込み部６４の円筒部６２と円筒部６３の間に挟み込む。駆動部６６は、円盤挟み込み部６４に治具によって固定されており、駆動部６６と円盤部６５は、駆動軸６９により接続されている。具体的には、図４のように、円盤部６５の円の中心軸と駆動部６６の回転軸を一致させ、駆動軸６９を用いて接続している。この構造により、円盤部６５は、駆動部６６により所定の方向に、所定の回転数で回転する。

【0026】

煙発生装置６０の円盤部６５は、図４のように円盤挟み込み部６４の上部に挿入され、円筒部６２と円筒部６３との間に設置される。そして、円盤部６５は、円筒部６２と、円筒部６３と、円盤部６５とで形成される煙の通路の開口を開いたり閉じたりするシャッターの役割をはたす。具体的には、円筒部６２と、円盤部６５の穴６８と円筒部６３の開口が重なった場合に、煙発生部６１で発生した煙が円筒部６２、円盤部６５の穴６８を通過して円筒部６３から被測定物１００に射出される。また、円盤部６５の穴６８が円筒部６２及び円筒部６３の開口と重ならない場合は、煙発生部６１で発生した煙は円盤部６５を通過することができず、円筒部６３から射出されないため、円盤部６５が所定の方向に回転することにより間欠的に煙を射出することができる。

【0027】

＜円盤部６５の構造＞
次に、円盤部６５の構造について説明する。図５は、図３に示した円盤部の構造の一例を示す図である。図５に示すように円盤部６５は、円盤部６５の外周に近い場所に穴６８を有する。穴６８は、円盤部６５の円盤外周の内側の円周上に等間隔に設けられる。例えば、穴６８を円盤部６５に４つ設ける場合には、９０°間隔に設けられることとなる。

【0028】

円盤部６５は、円盤挟み込み部６４に挟み込まれた状態で回転するため、円盤部６５の材質としては、低摩擦、高耐熱及び耐薬品性を持つ材料が好ましい。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（Poky Tetra Fluoro Etylene:PTFE）等が好ましい。

【0029】

次に、煙発生装置６０を用いた風洞試験システム１０の風洞２０内の煙の状態について説明する。図６は、風洞試験システムにおける間欠煙の状況の一例を示す図である。図６に示すように風洞２０内は、煙発生装置６０により間欠的に煙７０が射出されるため、煙７０が存在する空間と煙７０が存在しない空間を生成することができる。

【0030】

風洞２０内に煙７０が間欠的に射出されることにより、風洞２０内に煙７０の濃淡を発生させることができ、間欠的な煙７０によって被測定物１００の周りの気流が可視化しやすくすることができる。

【0031】

次に、風洞試験システム１０における気流の解析について説明する。図７は、風洞試験システム１０における気流の解析の一例を示す図である。図７では、煙７０から解析された気流のベクトルを矢印で表している。なお、気流の解析には、粒子画像流速測定法（ＰＩＶ：Particle Image Velocimetry）等を用いている。

【0032】

図７に示すように、気流のベクトルは、領域Ｃにおいて被測定物１００の内側に渦巻状の流れができていることを示しており、領域Ｃにおいて気流が滞留している様子が測定できている。また、領域Ｄにおいては、被測定物１００の下方に気流ができてきることを示している。

【0033】

上述してきたように、本実施形態では、風洞試験システム１０の送風部３０で発生させた所定の風速に煙発生装置６０の穴６８が設けられた円盤部６５を回転させることにより発生した間欠煙を射出し、この間欠煙により被測定物１００の周りの気流の画像を撮像部４０で撮像し、その画像を解析部５０により解析することにより、被測定物１００の周りの気流を可視化することができるため、被測定物の周囲の気流を効率良く解析することを可能にすることができる。

【0034】

なお、上記実施形態では、円盤部６５の穴６８は４つの場合について説明したが、本発明は、これに限定されることはなく、穴６８は、２つ以上で円盤部６５の外周部内側に均等に配置されていればよい。

【0035】

＜変形例１＞
ところで、上記実施形態では、煙発生装置６０の円盤部６５の穴６８の大きさは一定である場合について説明したが、変形例１では、円盤部６５の穴の数、穴の中心位置、穴の大きさ並びに直径が同一の複数の円盤部６５を用意して、該複数の円盤部６５を中心の位置合わせした状態で重ね合わせ、少なくとも１つの円盤部６５を回転させることにより、煙の通過可能な量を可変可能とする場合について説明する。

【0036】

図８は、変形例１の円盤部６５の構造の一例を示す図である。図８に示すように、円盤部６５ａは、４つの穴６８ａを有し、４つの穴６８ａは円盤部６５ａの外周の内側に均等間隔に設けられている。また、円盤部６５ｂも円盤部６５ａ同様に、円盤部６５ａの穴６８ａと同じ大きさの４つの穴６８ｂを有し、４つの穴６８ｂは円盤部６５ａと同様に円盤部６５ｂの外周の内側に均等間隔に設けられている。

【0037】

そして、円盤部６５ａ及び円盤部６５ｂを円盤の中心を位置合わせた状態で重ね合わせて円盤部６５を形成する。例えば、円盤部６５ａ及び円盤部６５ｂを重ね合わせる場合に、穴６８ａ及び穴６８ｂの重なりが小さく、形成される開口部７１ａが小さい場合は、煙の通過可能な量の少ない円盤部６５を形成する。また、穴６８ａ及び穴６８ｂが重なるように円盤部６５ａ及び円盤部６５ｂを重ね合わせることにより、煙の通過可能な量が多い円盤部６５を形成することができる。

【0038】

円盤部６５をこのような構造にすることにより、円盤部６５の回転数に応じて煙の通過可能な量を調整可能とし、円盤部６５の回転数に応じた煙の量を射出することができる。

【0039】

＜変形例２＞
ところで、上記変形例１では、円盤部６５の穴の数、穴の中心位置、穴の大きさ並びに直径が同一の複数の円盤部６５を用意して、該複数の円盤部６５を中心の位置合わせした状態で重ね合わせ、少なくとも１つの円盤部６５を回転させることにより、煙の通過可能な量を可変可能とする場合について説明したが、変形例２では、重ね合わせる複数の円盤部６５にそれぞれ内歯車を形成し、歯車制御部によって煙の通過可能な量を調整する場合について説明する。

【0040】

図９は、変形例２の円盤部の構造の一例を示す図である。図９に示すように、円盤部６５ｃは、穴６８ｃ及び内歯車７２ｂを有し、円盤部６５ｄは、穴６８ｄ及び内歯車７２ｃを有する。

【0041】

円盤部６５は、円盤部６５ｃ及び円盤部６５ｄを円盤の中心を位置合わせした状態で重ね合わせて形成し、開口部７１ｂの大きさは、円盤部６５ｃに設けられた内歯車７２ｂと、円盤部６５ｄに設けられた内歯車７２ｃとに噛み合うようにギア７２ａを挿入し、ギア７２ａを図示しない歯車制御部により回転させることにより開口部７１ｂの大きさを調整することができる。これにより、円盤部６５を通過できる煙の量を調整することが可能となる。

【0042】

なお、煙発生装置６０は、円盤部６５の開口部７１ｂの大きさを調整する場合に内歯車７２ｂ及び内歯車７２ｃに噛み合うようにギア７２ａを挿入するが、気流の解析を行う場合には、円盤部６５を回転させるため、ギア７２ａを抜く構造となっている。

【0043】

＜変形例３＞
ところで、上記変形例２では、重ね合わせる複数の円盤部６５にそれぞれ内歯車７２ｂ及び７２ｃを形成し、歯車制御部によって煙の通過可能な量を調整する場合について説明したが、変形例３では、穴６８の形状が異なる円盤部６５を複数枚用意し、円盤部６５の回転数を駆動部６６により変化させた場合に、円盤部６５を付け替える場合について説明する。

【0044】

図１０は、変形例３の円盤部６５の構造の一例を示す図である。ここでは、煙発生装置６０に用いる円盤部６５の穴６８の大きさの異なる円盤部６５を複数枚用意する場合について説明する。図１０（ａ）に示すように、円盤部６５ｅの外周部の内側に外周に沿った長円形の穴６８ｅが等間隔に設けられている円盤部６５ｅを示している。ここで長円形の穴６８ｅは、穴の長さが円周の１／１６としている。また、図１０（ｂ）に円盤部６５ｆの外周部の内側に長円形の穴の長さが円周部の１／８とした穴６８ｆが設けられている円盤部６５ｆを示している。

【0045】

煙発生装置６０は、被測定物１００の気流を解析する所定の風速に対応して煙の射出量を可変にするために、穴６８の大きさが異なる円盤部６５を選択し、操作者によって付け替える。具体的には、解析する風速が遅い場合は、穴６８の穴が小さい円盤部６５を選択し、風速が早い場合は、穴６８が大きい円盤部６５を選択する。

【0046】

例えば、被測定物１００の風速３０ｋｍ／ｈの気流を解析する場合は、円盤部６５を使用し、被測定物１００の風速４０ｋｍ／ｈの気流を解析する場合は、円盤部６５ｅを使用し、被測定物１００の風速５０ｋｍ／ｈの気流を解析する場合は、円盤部６５ｆを使用する。このように風速により円盤部６５の穴６８の大きさを変えることにより風洞２０内に気流の解析に必要な煙を発生することができる。

【0047】

なお、上記の実施形態では、被測定物１００の周囲の煙の流れを撮像するための風洞窓２１及び撮像部４０が１つである場合について説明したが、本発明は、これに限定されることはなく、風洞窓２１を風洞２０の上面及び側面に設け、それぞれに撮像部４０を設けて、三次元の気流のベクトルを解析できるようにしてもよい。

【0048】

また、上記の実施形態では、煙発生装置６０は、風洞２０の外部に設置され煙発生装置６０で発生された煙を風洞２０の内部に射出する場合について説明したが、本発明は、これに限定されることはなく、煙発生装置６０を風洞２０の内部に設置するようにしてもよい。

【0049】

上記の実施形態及び各変形例で図示した各構成は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の構成をされていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。

【産業上の利用可能性】

【0050】

本発明に係る風洞試験システム及び煙発生装置は、被測定物の周囲の気流を効率良く解析することを可能にする場合に適している。

【符号の説明】

【0051】

１０ 風洞試験システム
２０ 風洞
２１ 風洞窓
３０ 送風部
４０ 撮像部
５０ 解析部
６０ 煙発生装置
６１ 煙発生部
６２、６３ 円筒部
６４ 円盤部挟み込み部
６５、６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ、６５ｅ、６５ｆ 円盤部
６６ 駆動部
６７ 駆動制御部
６８、６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄ、６８ｅ、６８ｆ 穴
６９ 駆動軸
７０ 煙
７１ａ、７１ｂ 開口部
７２ａ ギア
７２ｂ、７２ｃ 内歯車
１００ 被測定物
１０１ ワイヤ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】