特開 2025-49673 制御装置、制御モデル生成方法及び試験装置

(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】P2025049673

(43)【公開日】2025-04-04

(54)【発明の名称】制御装置、制御モデル生成方法及び試験装置

(51)【国際特許分類】

   G01M 9/04 20060101AFI20250327BHJP

【ＦＩ】

G01M9/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023157991

(22)【出願日】2023-09-22

(71)【出願人】

【識別番号】309036221

【氏名又は名称】三菱重工機械システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】粟屋 伊智郎

(72)【発明者】

【氏名】小▲柳▼ 容子

(72)【発明者】

【氏名】▲徳▼山 享大

(72)【発明者】

【氏名】水野 誠二

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼▲濱▼ 浩司

【テーマコード（参考）】

2G023

【Ｆターム（参考）】

2G023AA02

2G023AB02

2G023AB12

2G023AC06

2G023AD01

(57)【要約】

【課題】流速の調整を行う際の手間を低減する。
【解決手段】制御装置は、流体が流通可能な流路と、流路に設けられ供試体が姿勢を変更可能に配置される試験室と、モータにより回転翼を回転させることで流路内に流体の流れを発生させる流体駆動装置とを備える試験装置を制御する制御装置であって、供試体の姿勢を示す迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つを含む試験情報を取得し、試験室における流体の流速が一定となるように、取得した試験情報に応じてモータの回転を制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体が流通可能な流路と、前記流路に設けられ供試体が姿勢を変更可能に配置される試験室と、モータにより回転翼を回転させることで前記流路内に前記流体の流れを発生させる流体駆動装置とを備える試験装置を制御する制御装置であって、
前記供試体の姿勢を示す迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つを含む試験情報を取得し、
前記試験室における前記流体の流速が一定となるように、取得した前記試験情報に応じて前記モータの回転を制御する
制御装置。

【請求項2】

前記流路内を流通する流体の等価質量をＭ_ｅ、
前記流路内を流通する流体の等価粘性をＣ_ｅ、
前記流体駆動装置から流出する流体の流速をｖ_ｂ、
前記流体駆動装置の推力係数をＫ_ＲＴ、
前記モータの角速度をω
とし、
前記等価質量Ｍ_ｅ、前記等価粘性Ｃ_ｅ、前記流速ｖ_ｂ及び前記角速度ωのそれぞれが、少なくとも前記供試体の迎角α、前記横滑り角β及び前記ロール角γの少なくとも１つをパラメータとする変数である場合、
前記流速ｖ_ｂと、前記角速度ωと、前記迎角α、前記横滑り角β及び前記ロール角γの少なくとも１つと、の関係を示す関係データを用いて前記等価質量Ｍ_ｅ、前記等価粘性Ｃ_ｅ及び前記推力係数Ｋ_ＲＴを同定し、

【数1】

に基づいて、前記流速ｖ_ｂの目標値に到達するように前記角速度ωを求める
請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記流路内を流通する流体の慣性係数をλ_Ｍ、
前記流路内を流通する流体の粘性係数をλ_Ｌ、
前記流体駆動装置から流出する流体の流速をｖ_ｂ、
前記モータの角速度をω
とし、
前記慣性係数λ_Ｍ、前記粘性係数λ_Ｌ、前記流速ｖ_ｂ及び前記角速度ωのそれぞれが、少なくとも前記供試体の迎角α及び横滑り角βをパラメータとする変数である場合、
前記流速ｖ_ｂと、前記角速度ωと、前記迎角α、前記横滑り角β及び前記ロール角γの少なくとも１つと、の関係を示す関係データを用いて前記慣性係数λ_Ｍ及び前記粘性係数λ_Ｌを同定し、

【数2】

に基づいて、前記流速ｖ_ｂの目標値に到達するように前記角速度ωを求める
請求項１に記載の制御装置。

【請求項4】

前記慣性係数λ_Ｍ、前記粘性係数λ_Ｌ、前記流速ｖ_ｂ及び前記角速度ωのそれぞれは、更に前記流路内の温度Ｔをパラメータとする変数である
請求項３に記載の制御装置。

【請求項5】

前記流体駆動装置から流出する流体の流速の目標値をｖ_ｒ、
前記モータの角速度の補償値をω_ｒ
とすると、
前記モータの角速度ωは、
前記流速の目標値ｖ_ｒと前記試験室における前記流速のフィードバック値である流速ｖとに基づいて算出される角速度の中間値ω_ＦＢに対して、

【数3】

で示される角速度の補償値ω_ｒが加算された値である
請求項３に記載の制御装置。

【請求項6】

流体が流通可能な流路と、
前記流路に設けられ、供試体が姿勢を変更可能に配置され、前記供試体の姿勢を示す迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つを含む試験情報を取得する取得部を含む試験室と、
モータにより回転翼を回転させることで前記流路内に前記流体の流れを発生させる流体駆動装置と、
前記モータの回転を制御する制御装置と
を備える試験装置の制御モデルを生成する制御モデル生成方法であって、
前記供試体の姿勢を示す迎角α及び横滑り角βを変化させた場合について、前記流体駆動装置から流出する流体の流速ｖ_ｂと、前記モータの角速度ωの値とを取得し、前記流速ｖ_ｂと、前記角速度ωと、前記迎角α、前記横滑り角β及び前記ロール角γの少なくとも１つと、の関係を示す関係データを取得する取得ステップと、
取得された前記関係データに基づいて、前記流路内を流通する流体の粘性係数λ_Ｌの値を同定する第１同定ステップと、
取得された前記関係データと、同定された前記粘性係数λ_Ｌとに基づいて、前記流路内を流通する流体の慣性係数λ_Ｍを同定する第２同定ステップと、
取得された前記関係データと、同定された前記慣性係数λ_Ｍ及び前記粘性係数λ_Ｌとに基づいて制御モデルを生成する生成ステップと
を含む制御モデル生成方法。

【請求項7】

前記関係データは、前記流速ｖ_ｂと、前記角速度ωと、前記迎角αと、前記横滑り角βとの関係を示し、
前記取得ステップでは、前記迎角α及び前記横滑り角βの一方を一定とし、他方を階段状に変化させる
請求項６に記載の制御モデル生成方法。

【請求項8】

前記関係データは、前記流速ｖ_ｂと、前記角速度ωと、前記迎角αと、前記横滑り角βとの関係を示し、
前記取得ステップでは、前記迎角α及び前記横滑り角βの一方を一定とし、他方をスイープ状に変化させる
請求項６に記載の制御モデル生成方法。

【請求項9】

流体が流通可能な流路と、
前記流路に設けられ、供試体が姿勢を変更可能に配置され、前記供試体の姿勢を示す迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つを含む試験情報を取得する取得部を含む試験室と、
モータにより回転翼を回転させることで前記流路内に前記流体の流れを発生させる流体駆動装置と、
前記試験室における前記流体の流速が一定となるように、前記取得部で検出された前記試験情報に応じて前記モータの回転を制御する制御装置と
を備える試験装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、制御装置、制御モデル生成方法及び試験装置に関する。

【背景技術】

【0002】

気流に対する供試体の特性を試験する風洞試験装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。風洞試験装置は、風洞内に送風機が設けられており、この送風機を駆動して風洞内に空気の流れを形成し、計測領域で供試体の各種特性を計測する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平２－３１１７３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような風洞試験装置では、供試体の姿勢を変化させると風速が変動する。そのため、供試体の姿勢を変更する度に風速の調整を行わなければならず、手間がかかる。

【0005】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、風速の調整を行う際の手間を低減することが可能な制御装置、制御モデル生成方法及び試験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】

【0006】

本開示に係る制御装置は、流体が流通可能な流路と、前記流路に設けられ供試体が姿勢を変更可能に配置される試験室と、モータにより回転翼を回転させることで前記流路内に前記流体の流れを発生させる流体駆動装置とを備える試験装置を制御する制御装置であって、前記供試体の姿勢を示す迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つを含む試験情報を取得し、前記試験室における前記流体の流速が一定となるように、取得した前記試験情報に応じて前記モータの回転を制御する。

【0007】

本開示に係る制御モデル生成方法は、風洞と、前記風洞に設けられ、供試体が姿勢を変更可能に配置され、前記供試体の姿勢を示す迎角及び横滑り角を少なくとも含む試験情報を取得する取得部を有する試験室と、モータにより回転翼を回転させることで前記風洞内に風を発生させる送風装置と、前記モータの回転を制御する制御装置とを備える風洞試験装置の制御モデルを生成する制御モデル生成方法であって、前記供試体の姿勢を示す迎角α及び横滑り角βを変化させた場合について、前記送風装置から流出する風の風速ｖ_ｂと、前記モータの角速度ωの値との関係を取得する取得ステップと、取得された前記風速ｖ_ｂと角速度ωとの関係に基づいて、前記風洞内を流通する風の慣性係数λ_Ｍの値を同定する第１同定ステップと、取得された前記風速ｖ_ｂと角速度ωとの関係と、同定された前記慣性係数λ_Ｍとに基づいて、前記風洞内を流通する風の粘性係数λ_Ｌを同定する第２同定ステップと、取得された前記風速ｖ_ｂと角速度ωとの関係と、同定された前記慣性係数λ_Ｍ及び前記粘性係数λ_Ｌとに基づいて制御モデルを生成する生成ステップとを含む。

【0008】

本開示に係る試験装置は、流体が流通可能な流路と、前記流路に設けられ、供試体が姿勢を変更可能に配置され、前記供試体の姿勢を示す迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つを含む試験情報を取得する取得部を含む試験室と、モータにより回転翼を回転させることで前記流路内に前記流体の流れを発生させる流体駆動装置と、前記試験室における前記流体の流速が一定となるように、前記取得部で検出された前記試験情報に応じて前記モータの回転を制御する制御装置とを備える。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、風速の調整を行う際の手間を低減することが可能な制御装置、制御モデル生成方法及び試験装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本実施形態に係る風洞試験装置の一例を模式的に示す図である。

【図2】図２は、風洞試験装置の一例を示す機能ブロック図である。

【図3】図３は、風洞試験装置の等価モデルの一例を示す図である。

【図4】図４は、風洞試験装置の等価モデルの他の例を示す図である。

【図5】図５は、風洞試験装置の等価モデルの他の例を示す図である。

【図6】図６は、本実施形態に係る制御モデル生成方法の一例を示すフローチャートである。

【図7】図７は、取得ステップにおけるテストパターン運転における動作の例を示す図である。

【図8】図８は、風速と角速度との関係を示す図である。

【図9】図９は、風洞試験装置の制御モデルの他の例を示す図である。

【図10】図１０は、取得ステップにおけるテストパターン運転における動作の他の例を示す図である。

【図11】図１１は、迎角と揚力係数との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

【0012】

図１は、本実施形態に係る風洞試験装置の一例を模式的に示す図である。図２は、風洞試験装置の一例を示す機能ブロック図である。図１及び図２に示すように、本実施形態に係る風洞試験装置（試験装置）１００は、風洞（流路）１０と、試験室２０と、送風装置（流体駆動装置）３０と、制御装置４０とを備える。

【0013】

風洞１０は、流体として空気、二酸化炭素等の気体が流通可能である。風洞１０としては、例えば回流型風洞、開放型風洞等の各種の風洞を用いることができる。本実施形態において、風洞１０は、例えば回流型風洞である。風洞１０は、送風路１１と、吸い込み口１２と、吹き出し口１３とを有する。回流型風洞では、送風路１１が例えば４箇所で折り曲げられており、吸い込み口１２と吹き出し口１３とが対向する。送風路１１は、空気が流れる経路である。吸い込み口１２は、送風路１１の一方の端部に設けられる。吹き出し口１３は、送風路１１の他方の端部に設けられる。

【0014】

試験室２０は、送風路１１の吸い込み口１２と吹き出し口１３との間に配置される。試験室２０は、吸い込み口１２と吹き出し口１３との間に供試体Ｐが配置される。供試体Ｐとしては、例えば航空機、車両等が挙げられる。風洞１０は、送風路１１の両端が試験室２０と接続される。風洞１０の送風路１１と試験室２０とで、空気が循環する経路を形成している。

【0015】

試験室２０には、供試体支持部２１が設けられる。供試体支持部２１は、供試体Ｐの姿勢を変更可能となるように当該供試体Ｐを支持する。また、試験室２０には、取得部２２が設けられる。取得部２２は、供試体Ｐの姿勢を示す迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つ含む試験情報を取得する。取得部２２は、試験室２０における風速を取得する。本実施形態において、迎角α、横滑り角β及びロール角γの基準は、吹き出し口１３から吹き出される風の吹き出し方向に沿った軸ＡＸとすることができる。

【0016】

送風装置３０は、送風路１１の内部に配置される。送風装置３０は、例えばファン等の回転翼３１をモータ３２により回転させることで、風洞１０内に風を発生させる。

【0017】

制御装置４０は、試験室２０における風速が一定となるように、試験情報に応じてモータ３２の回転を制御する。

【0018】

制御装置４０は、モータ３２の動作を制御する。制御装置４０は、通信部４１、処理部４２及び記憶部４３を有する。

【0019】

通信部４１は、外部機器との間で有線又は無線による通信を行う。通信部４１は、ネットワークインタフェースカード等のインタフェースを含む。

【0020】

処理部４２は、各種の情報処理を行う。処理部４２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサと、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリとを含む。

【0021】

処理部４２は、試験室２０における風速が一定となるように、試験情報に応じてモータ３２の回転を制御する。

【0022】

記憶部４３は、各種プログラム、データ等の情報を記憶する。記憶部４３は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等のストレージを含む。

【0023】

制御装置４０では、処理部４２においてプロセッサが各種プログラムを読み出してメモリに展開することで情報処理を実行する。各種プログラムとしては、例えば通信部４１が受信したプログラム、記憶部４３に記憶されたプログラム、外部の記録媒体に記録されたプログラム等が挙げられる。制御装置４０は、各種の情報処理を実行する情報処理装置（コンピュータ）として機能する。なお、制御装置４０とは異なる他の情報処理装置が各種プログラムを実行してもよいし、制御装置４０と他の情報処理装置とが協働して各種プログラムを実行してもよい。

【0024】

本実施形態において、風洞１０内を流通する風の等価質量をＭ_ｅ、風洞１０内を流通する風の等価粘性をＣ_ｅ、送風装置３０から流出する風の風速をｖ_ｂ、送風装置３０の推力係数をＫ_ＲＴ、モータ３２の角速度をωとし、等価質量Ｍ_ｅ、等価粘性Ｃ_ｅ、風速ｖ_ｂ及び角速度ωのそれぞれが、供試体Ｐの迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つをパラメータとする変数である場合、処理部４２は、流速ｖ_ｂと、角速度ωと、迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つと、の関係を示す関係データを用いて等価質量Ｍ_ｅ、等価粘性Ｃ_ｅ及び推力係数Ｋ_ＲＴを同定し、

【数1】

に基づいて、風速ｖ_ｂの目標値に到達するように角速度ωを求めることで、試験室２０における風速が一定となるようにモータ３２の回転を制御することができる。

【0025】

等価モデルＭ１において、等価質量Ｍ_ｅ、等価粘性Ｃ_ｅ、風速ｖ_ｂ及び角速度ωのそれぞれは、上記したように、供試体Ｐの迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つをパラメータとする変数である。なお、等価質量Ｍ_ｅ、等価粘性Ｃ_ｅ、風速ｖ_ｂ、推力係数Ｋ_ＲＴ及び角速度ωのそれぞれは、更に風洞１０内の温度Ｔをパラメータとする変数であってもよい。

【0026】

図３は、風洞試験装置の等価モデルの一例を示す図である。図３に示す等価モデルＭ１は、上記の数１で示される関係を満たす風洞試験装置１００の等価モデルである。等価モデルＭ１は、演算部５１と、伝達要素５２、５３、５４、５５を有する。演算部５１は、送風装置３０の推力、すなわち送風装置３０の推力係数とモータ３２の角速度の２乗との積であるＫ_ＲＴ・ω^２が入力される。また、演算部５１には、後述する伝達要素５５の出力結果が入力される。演算部５１は、入力された上記のＫ_ＲＴ・ω^２から伝達要素５５の出力結果を減算し、算出結果を出力する。伝達要素５２は、演算部５１の算出結果が入力される。伝達要素５２は、演算部５１の算出結果を上記の等価質量Ｍ_ｅで除算し、算出結果を出力する。伝達要素５３は、伝達要素５２の算出結果が入力される。伝達要素５３は、伝達要素５２の算出結果を積分した結果を風速ｖ_ｂとして出力する。伝達要素５４は、伝達要素５３で算出された風速ｖ_ｂが入力される。伝達要素５４は、風速ｖ_ｂを２乗した値を出力する。伝達要素５５は、伝達要素５４の出力結果に上記の等価粘性Ｃ_ｅを乗算した値を出力する。伝達要素５５の出力結果は、上記の演算部５１に入力される。

【0027】

上記の数１において、両辺をＭ_ｅ・Ｋ_ＲＴで割った場合、以下の数２で示す関係が得られる。

【0028】

【数2】

【0029】

数２において、λ_Ｍは、風洞１０内を流通する風の慣性係数である。また、λ_Ｌは、風洞１０内を流通する風の粘性係数である。慣性係数λ_Ｍ、粘性係数λ_Ｌ、風速ｖ_ｂ及び角速度ωのそれぞれが、供試体Ｐの迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つをパラメータとする変数である場合、処理部４２は、流速ｖ_ｂと、角速度ωと、迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つと、の関係を示す関係データを用いて慣性係数λ_Ｍ及び粘性係数λ_Ｌを同定し、数２に基づいて、風速ｖ_ｂの目標値に到達するように角速度ωを求めることで、試験室２０における風速が一定となるようにモータ３２の回転を制御することができる。

【0030】

図４は、風洞試験装置の等価モデルの他の例を示す図である。図４に示す等価モデルＭ２は、上記の数２で示される関係を満たす風洞試験装置１００の等価モデルである。等価モデルＭ２は、演算部６１と、伝達要素６０、６２、６３、６４、６５を有する。伝達要素６０は、送風装置３０のモータ３２の角速度を２乗した値ω^２を出力する。演算部６１には、伝達要素６０の出力結果が入力される。また、また、演算部６１には、後述する伝達要素６５の出力結果が入力される。演算部６１は、入力された上記のω^２から伝達要素６５の出力結果を減算し、算出結果を出力する。伝達要素６２は、演算部６１の算出結果が入力される。伝達要素６２は、演算部６１の算出結果を上記の慣性係数λ_Ｍで除算し、算出結果を出力する。伝達要素６３は、伝達要素６２の算出結果が入力される。伝達要素６３は、伝達要素６２の算出結果を積分した結果を風速ｖ_ｂとして出力する。伝達要素６４は、伝達要素６３で算出された風速ｖ_ｂが入力される。伝達要素６４は、風速ｖ_ｂを２乗した値を出力する。伝達要素６５は、伝達要素６４の出力結果に上記の粘性係数λ_Ｌを乗算した値を出力する。伝達要素６５の出力結果は、上記の演算部６１に入力される。

【0031】

図５は、風洞試験装置の等価モデルの他の例を示す図である。図５に示す等価モデルＭ３は、図４に示す等価モデルＭ２に対して、更に伝達要素６６を追加した構成である。伝達要素６６は、伝達要素６３で算出された風速ｖ_ｂが入力される。伝達要素６６は、風速ｖ_ｂに対して断面積比Ａ_ｂ／Ａ_ｍを乗算し、算出結果を出力する。なお、断面積Ａ_ｂは、送風装置３０の出口の断面積である。また、断面積Ａ_ｍは、試験室２０の入口の断面積である。伝達要素６６の出力結果は、試験室２０に流入する風の風速ｖとなる。

【0032】

等価モデルＭ２、Ｍ３において、慣性係数λ_Ｍ、粘性係数λ_Ｌ、風速ｖ_ｂ及び角速度ωのそれぞれは、上記したように、供試体Ｐの迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つをパラメータとする変数である。なお、慣性係数λ_Ｍ、粘性係数λ_Ｌ、風速ｖ_ｂ及び角速度ωのそれぞれは、更に風洞１０内の温度Ｔをパラメータとする変数であってもよい。

【0033】

制御装置４０の処理部４２は、試験室２０における風速ｖが一定となるように、迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つを含む試験情報に応じてモータ３２の回転を制御する。この制御により、供試体Ｐの姿勢を変化させる場合、供試体Ｐの迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つに応じて制御装置４０により自動で試験室２０の風速ｖを調整することができるため、風速ｖの調整を行う際の手間を低減することが可能となる。また、迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つパラメータを用いて制御を行うため、高精度の制御が可能となる。

【0034】

次に、上記した等価モデルＭ２、Ｍ３を生成する制御モデル生成方法を説明する。図６は、本実施形態に係る制御モデル生成方法の一例を示すフローチャートである。図６に示すように、本実施形態に係る制御モデル生成方法は、取得ステップＳ１０と、第１同定ステップＳ２０と、第２同定ステップＳ３０と、生成ステップＳ４０とを含む。以下、各ステップについて順に説明する。

【0035】

取得ステップＳ１０では、供試体Ｐの姿勢を示す迎角α及び横滑り角βを変化させた場合について、送風装置３０から流出する風の風速ｖ_ｂと、モータ３２の角速度ωの値との関係を取得する。なお、パラメータとして迎角α、横滑り角βに加えて、ロール角γ、風洞１０内の温度Ｔ等の他のパラメータを追加する場合、追加するパラメータについても風速ｖ_ｂと角速度ωとの関係を取得する。

【0036】

取得ステップＳ１０では、風洞試験装置１００を用いたテストパターン運転を行うことで、上記関係を取得することができる。図７は、取得ステップＳ１０におけるテストパターン運転における動作の例を示す図である。図７に示すように、テストパターン運転においては、送風装置３０のモータ３２の回転数Ｎ（ｒｐｍ）、供試体Ｐの迎角α、横滑り角βをそれぞれ所定の範囲内で変化させて動作を行い、風速ｖ_ｂを取得する。なお、当該風速ｖ_ｂについては、送風装置３０の後流側で不図示のセンサによって計測した値を用いてもよいし、試験室２０内で不図示のセンサによって計測した値から、送風装置３０の出口の断面積Ａｂと試験室２０の入口の断面積Ａｍとの比率に基づいて算出した値を用いてもよい。

【0037】

図７に示す例では、まず、モータ３２の回転数Ｎを５０ｒｐｍで一定とした状態で、迎角αを－８°から２８°まで３０秒間ずつ４°ごとに階段状に増加させ、迎角αが２８°に到達した後、－８°まで３０秒間ずつ４°ごとに階段状に減少させる。

【0038】

より具体的には、まず迎角αを－８°で一定とした状態で３０秒間保持し、その後迎角αを０．４°／ｓの割合で－４°に到達するまで４°増加させる。迎角αが－４°に到達した場合、－４°で一定とした状態で３０秒間保持する。その後、同様に迎角αが０°に到達するまで０．４°／ｓの割合で４°増加させ、０°に到達した場合、０°で一定とした状態で３０秒間保持する。このような動作を２８°に到達するまで行う。

【0039】

その後、迎角αを０．４°／ｓの割合で２４°に到達するまで４°減少させる。迎角αが２４°に到達した場合、２４°で一定とした状態で３０秒間保持する。その後、同様に迎角αが２０°に到達するまで０．４°／ｓの割合で４°減少させ、２０°に到達した場合、２０°で一定とした状態で３０秒間保持する。このような動作を－８°に到達するまで行う。

【0040】

迎角αを上記のように変化させる間、横滑り角βについては０°で一定とする。迎角αの上記の変化が１サイクル行われた場合、横滑り角βを０°から１０°まで０．４°／ｓの割合で増加させる。横滑り角βが１０°に到達した場合、１０°で一定とした状態で、迎角αの変化を上記同様に１サイクル行う。横滑り角βを１０°として迎角αの変化を１サイクル行った後、横滑り角βを１０°から２０°まで０．４°／ｓの割合で増加させる。横滑り角βが２０°に到達した場合、２０°で一定とした状態で、迎角αの変化を上記同様に１サイクル行う。

【0041】

その後、モータ３２の回転数Ｎを５０ｒｐｍから１００ｒｐｍまで２．５ｒｐｍ／ｓの割合で２０秒間増加させる。モータ３２の回転数Ｎが１００ｒｐｍに到達した場合、１００ｒｐｍで一定とした状態で、同様に迎角α及び横滑り角βを変化させる。その後、モータ３２の回転数Ｎを１５０ｒｐｍ、２００ｒｐｍとした場合について、同様に迎角α、横滑り角βを変化させる。なお、上記の説明では、横滑り角βを一定とする間に迎角αを階段状に変化させる場合を例に挙げて説明したが、この態様に限定されない。例えば、迎角αを一定とする間に横滑り角βを階段状に変化させるようにしてもよい。

【0042】

上記のように回転数Ｎ、迎角α、横滑り角βを変化させる間、風速ｖ_ｂの測定を行うことにより、角速度ω、風速ｖｂ、迎角α、横滑り角βの関係を示す関係データが取得される。なお、角速度ωは、回転数Ｎから演算して求める。取得ステップＳ１０では、取得されたデータのうち、平衡点における値を抽出する。ここで、平衡点とは、上記のテストパターン運転において、回転数Ｎ、風速ｖｂ、迎角α、横滑り角βが一定の状態をいうことができる。本実施形態においては、例えば所定期間における変化率が閾値以下となる場合を平衡点に達したとみなすことができる。すなわち、取得ステップＳ１０では、所定期間における変化率が閾値以下となるような角速度ω、風速ｖ_ｂ、迎角α、横滑り角βの組み合わせを関係データとして抽出する。抽出した関係データは、記憶部４３に記憶させておくことができる。なお、抽出した関係データに基づいて、例えば迎角α、横滑り角βを入力した場合に風速ｖ_ｂを出力するような学習モデルとして記憶部４３に記憶させてもよい。

【0043】

第１同定ステップＳ２０では、取得された関係データに基づいて、風洞１０内を流通する風の粘性係数λ_Ｌの値を同定する。送風装置３０から流出する風の風速加速度が０の場合、すなわち、定常状態の場合、

【数3】

が成立する。

【0044】

数３に基づいて、粘性係数λ_Ｌチルダ（λ_Ｌの上に「～」：以下同様）

【数4】

を得ることができる。

【0045】

なお、粘性係数λ_Ｌチルダを求める際には、例えば迎角α及び横滑り角βを用いて、線形面補間等の面補間を用いて推定してもよい。なお、粘性係数λ_Ｌチルダを推定する手法としては、上記の面補間に限定されない。

【0046】

図８は、風速ｖ_ｂと角速度ωとの関係を示す図である。図８において、横軸が風速ｖを示し、縦軸が角速度ωを示す。図８に示すように、粘性係数λ_Ｌチルダは、定常状態の角速度ωバー（ωの上に「－」）と、定常状態の風速ｖ_ｂバー（ｖ_ｂの上に「－」）との関係を示す直線の傾きＫ_ｅｑの２乗となる。従って、取得した関連データに基づいて、傾きＫ_ｅｑを迎角α及び横滑り角βで関数化した、

【数5】

を得ることができる。

【0047】

第２同定ステップＳ３０では、取得された関係データと、同定された粘性係数λ_Ｌとに基づいて、風洞１０内を流通する風の慣性係数λ_Mを同定する。

【0048】

上記した数２に基づいて、

【数6】

を得ることができる。

【0049】

第２同定ステップＳ３０では、当該数６に基づいて、リグレッションモデルによる非線形方程式の同定法を用いて慣性係数λ_Mを求めることができる。

【0050】

リグレッサの各要素は、

【数7】

で示される。

【0051】

数７において、ω^２及びｖ_ｂ ^２の値は、取得した関係データのω及びｖ_ｂに基づいて算出できる。また、ｖ_ｂドット（ｖ_ｂの上に・）については、ｖ_ｂを微分演算することで算出できる。

【0052】

ここで、数６の左辺をベクトルｆで示すと、

【数8】

である。

【0053】

これを用いて最小自乗法を用いて推定することにより、慣性係数λ_Ｍチルダ（λ_Ｍの上に「～」：以下同様）

【数9】

を得ることができる。

【0054】

生成ステップＳ４０では、取得された関係データと、同定された慣性係数λ_Ｍチルダ及び粘性係数λ_Ｌチルダとに基づいて、

【数10】

で示される制御モデルを生成する。

【0055】

数１０において、慣性係数λ_Ｍチルダ及び粘性係数λ_Ｌチルダは、迎角α及び横滑り角βの関数である。なお、取得ステップＳ１０において、パラメータとして迎角α、横滑り角βに加えて、ロール角γ、風洞１０内の温度Ｔ等の他のパラメータを追加した場合、慣性係数λ_Ｍチルダ及び粘性係数λ_Ｌチルダは、迎角α、横滑り角βに加えて、ロール角γ、風洞１０内の温度Ｔ等の他のパラメータについての関数となる。

【0056】

このように、取得ステップＳ１０、第１同定ステップＳ２０、第２同定ステップＳ３０及び生成ステップＳ４０を行うことで、風速ｖを高精度に制御可能な制御モデルを生成することができる。

【0057】

図９は、風洞試験装置１００の制御モデルの他の例を示す図である。図９に示す制御モデルＭ４は、上記した等価モデルＭ３を含んでいる。すなわち、制御モデルＭ４は、演算部７１、７３と、伝達要素７２、７４、７５を有する。演算部７１には、送風装置３０から流出する風の風速の指令値ｖ_ｒが入力される。演算部７１には、等価モデルＭ３の出力である風速ｖの値が入力される。演算部７１は、風速の指令値ｖ_ｒから風速ｖを減算した値を出力する。伝達要素７２は、演算部７１の出力結果が入力される。伝達要素７２は、演算部７１の出力結果に対してＰＩＤ制御等の各種制御を行い、結果であるω_ＦＢを出力する。演算部７３には、伝達要素７２の出力結果が入力される。演算部７３には、後述する伝達要素７５の出力結果である角速度の補償値ω_ｒが入力される。演算部７３は、演算部７１の出力結果と演算部７５の出力結果とを加算し、算出結果を角速度ω_ｃｏｍとして出力する。伝達要素７４は、上記した等価モデルＭ３である。伝達要素７４には、角速度ωとして、演算部７３の演算結果である角速度ω_ｃｏｍが入力される。伝達要素７４は、試験室２０における風速ｖを出力する。また、伝達要素７４は、迎角α及び横滑り角βの値を出力する。伝達要素７５には、風速の指令値ｖ_ｒが入力される。また、伝達要素７５には、伝達要素７４から出力される迎角α及び横滑り角βの値が入力される。伝達要素７５は、入力された風速の指令値ｖ_ｒと迎角α及び横滑り角βの値とを用いて、

【数11】

を満たす角速度の補償値ω_ｒを出力する。

【0058】

このように、図９に示す制御モデルＭ４において、等価モデルＭ３に入力されるモータ３２の角速度ω_ｃｏｍは、数１１で示される補償値ω_ｒがフィードフォワード制御により加算された値である。このように、制御モデルＭ４では、供試体Ｐの迎角α及び横滑り角βに基づいて必要な角速度の補償値ω_ｒを算出し、算出結果に基づいてフィードフォワード制御を行うことができる。このため、供試体Ｐの迎角α及び横滑り角βに応じたより適切なモータ３２の角速度ω_ｃｏｍをモデルＭ３に入力することができる。

【0059】

図１０は、取得ステップＳ１０におけるテストパターン運転における動作の他の例を示す図である。上記した図７では、迎角αを階段状に変化させる場合を例に挙げて説明したが、この態様に限定されない。図１０に示すように、迎角αをスイープ状に変化させるようにしてもよい。

【0060】

図１０に示す例では、モータ３２の回転数Ｎを例えば上記同様に５０ｒｐｍ、１００ｒｐｍ、１５０ｒｐｍ、２００ｒｐｍで一定とした状態で、迎角αを－８°から２８°まで一定の割合で直線的に増加させる。迎角αが２８°に到達した後、２８°から－８°まで一定の割合で直線的に減少させる。このように、迎角αを直線的に変化させることで、迎角αを階段状に変化させる場合に比べて、試験時間の短縮化を図ることができる。

【0061】

図１１は、迎角αと揚力係数Ｃ_Ｌとの関係を示す図である。図１１において、横軸が迎角αを示し、縦軸が揚力係数Ｃ_Ｌを示す。図１１において、丸印は、迎角αを段階的に変化させた場合の値を示す。また、曲線は、迎角αをスイープ状に変化させた場合の変化を示す。図１１に示すように、迎角αをスイープ状に変化させる場合、揚力係数Ｃ_Ｌの最大値を容易に判別することができる。これに対して、迎角αを段階的に変化させた場合、揚力係数Ｃ_Ｌの最大値を判別することが困難である。実際には、最大値が存在すると思われる区間について、さらに細かく迎角αを階段状に変化させて揚力係数Ｃ_Ｌの最大値を求める必要がある。このため、迎角αをスイープ状に変化させる場合には、迎角を段階的に変化させる場合に比べて、１回のテストパターン試験における運転時間を大幅に削減することが可能となる。

【0062】

以上のように、本開示の第１態様に従えば、流体である気体が流通可能な風洞１０と、風洞１０に設けられ、供試体Ｐが姿勢を変更可能に配置される試験室２０と、モータ３２により回転翼３１を回転させることで風洞１０内に風を発生させる送風装置３０とを備える風洞試験装置１００を制御する制御装置４０であって、供試体Ｐの姿勢を示す迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つを含む試験情報を取得し、試験室２０における風速が一定となるように、取得した試験情報に応じてモータ３２の回転を制御する。

【0063】

この構成によれば、試験室２０における風速ｖが一定となるように、迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つを含む試験情報に応じてモータ３２の回転を制御する。この制御により、供試体Ｐの姿勢を変化させる場合、供試体Ｐの迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つに応じて制御装置４０により自動で試験室２０の風速ｖを調整することができるため、風速ｖの調整を行う際の手間を低減することが可能となる。また、迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つのパラメータを用いて制御を行うため、高精度の制御が可能となる。

【0064】

本開示の第２態様に従えば、第１態様に係る制御装置４０において、風洞１０内を流通する風の等価質量をＭ_ｅ、風洞１０内を流通する風の等価粘性をＣ_ｅ、送風装置３０から流出する風の風速をｖ_ｂ、送風装置３０の推力係数をＫ_ＲＴ、モータ３２の角速度をωとし、等価質量Ｍ_ｅ、等価粘性Ｃ_ｅ、風速ｖ_ｂ及び角速度ωのそれぞれが、少なくとも供試体の迎角α及び横滑り角βをパラメータとする変数である場合、流速ｖ_ｂと、角速度ωと、迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つとの関係を示す関係データを用いて等価質量Ｍ_ｅ、等価粘性Ｃ_ｅ及び推力係数Ｋ_ＲＴを同定し、

【数12】

に基づいて、風速ｖ_ｂの目標値に到達するように角速度ωを求める。この構成によれば、少なくとも供試体の迎角α及び横滑り角βをパラメータとする等価質量Ｍ_ｅ、等価粘性Ｃ_ｅ、風速ｖ_ｂ、推力係数Ｋ_ＲＴ及び角速度ωの変数を用いて、数１２に基づいて風速ｖ_ｂの目標値に到達するように角速度ωを求めることにより、迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つの変化に応じて試験室２０における風速ｖの値を高精度に調整できる。

【0065】

本開示の第３態様に従えば、第１態様に係る制御装置４０において、風洞１０内を流通する風の慣性係数をλ_Ｍ、風洞１０内を流通する風の粘性係数をλ_Ｌ、送風装置３０から流出する風の風速をｖ_ｂ、モータ３２の角速度をωとし、慣性係数λ_Ｍ、粘性係数λ_Ｌ、風速ｖ_ｂ及び角速度ωのそれぞれが、少なくとも供試体の迎角α及び横滑り角βをパラメータとする変数である場合、流速ｖ_ｂと、角速度ωと、迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つの関係を示す関係データを用いて慣性係数λ_Ｍ及び粘性係数λ_Ｌを同定し、

【数13】

に基づいて、風速ｖ_ｂの目標値に到達するように角速度ωを求める。この構成によれば、供試体Ｐの迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つをパラメータとする慣性係数λ_Ｍ、粘性係数λ_Ｌ、風速ｖ_ｂ及び角速度ωの変数を用いて、数１３に基づいて風速ｖ_ｂの目標値に到達するように角速度ωを求めることにより、数１２に示す場合に比べて少ない変数により、迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つの変化に応じて試験室２０における風速ｖの値を高精度に調整できる。

【0066】

本開示の第４態様に従えば、第３態様に係る制御装置４０において、慣性係数λ_Ｍ、粘性係数λ_Ｌ、風速ｖ_ｂ及び角速度ωのそれぞれは、更に風洞１０内の温度Ｔをパラメータとする変数である。この構成によれば、試験情報としてロール角γ、風洞１０内の温度Ｔといった他のパラメータの変化に応じて、より高精度に風速ｖを調整することができる。

【0067】

本開示の第５態様に従えば、第１態様に係る制御装置４０において、送風装置３０から流出する風の風速の目標値をｖ_ｒ、モータ３２の角速度の補償値をω_ｒとすると、モータ３２の角速度ωは、流速の目標値ｖ_ｒと試験室２０における風速のフィードバック値である風速ｖとに基づいて算出される角速度の中間値ω_ＦＢに対して、

【数14】

で示される角速度の補償値ω_ｒが加算された値である。この構成によれば、供試体Ｐの迎角α及び横滑り角βに基づいて必要な角速度の補償値ω_ｒを算出し、算出結果に基づいてフィードフォワード制御を行うことができる。この場合において、数１４に示すように、風速の加速度にも対応させて送風装置３０の角速度ωを連続的に加速させることができるため、供試体Ｐの迎角α及び横滑り角βに応じたより適切なモータ３２の角速度ωを得ることができる。

【0068】

本開示の第６態様に従えば、流体である気体が流通可能な風洞１０と、風洞１０に設けられ、供試体Ｐが姿勢を変更可能に配置され、供試体Ｐの姿勢を示す迎角及び横滑り角を少なくとも含む試験情報を取得する取得部２２を有する試験室２０と、モータ３２により回転翼３１を回転させることで風洞１０内に風を発生させる送風装置３０と、モータ３２の回転を制御する制御装置４０とを備える風洞試験装置１００の制御モデルを生成する制御モデル生成方法であって、供試体Ｐの姿勢を示す迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つを変化させた場合について、送風装置３０から流出する風の風速ｖ_ｂと、モータ３２の角速度ωの値とを取得し、風速ｖ_ｂと、角速度ωと、迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つと、の関係を示す関係データを取得する取得ステップと、取得された関係データに基づいて、風洞１０内を流通する風の粘性係数λ_Ｌの値を同定する第１同定ステップと、取得された関係データと、同定された粘性係数λ_Ｌとに基づいて、風洞１０内を流通する風の慣性係数λ_Ｍを同定する第２同定ステップと、取得された関係データと、同定された慣性係数λ_Ｍ及び粘性係数λ_Ｌとに基づいて制御モデルを生成する生成ステップとを含む制御モデル生成方法が提供される。

【0069】

この構成によれば、取得ステップ、第１同定ステップ、第２同定ステップ及び生成ステップを行うことにより、風速ｖを高精度に制御可能な制御モデルを生成することができる。

【0070】

本開示の第７態様に従えば、第１態様に係る風洞試験装置１００において、関係データは、流速ｖ_ｂと、角速度ωと、迎角αと、横滑り角βとの関係を示し、取得ステップでは、迎角及び横滑り角の一方を一定とし、他方を階段状に変化させる。この構成によれば、迎角及び横滑り角の他方を階段状に変化させることで、当該他方を変化させつつ定常状態の値を取得することができる。

【0071】

本開示の第８態様に従えば、第１態様に係る風洞試験装置１００において、関係データは、流速ｖ_ｂと、角速度ωと、迎角αと、横滑り角βとの関係を示し、取得ステップでは、迎角及び横滑り角の一方を一定とし、他方をスイープ状に変化させる。この構成によれば、迎角及び横滑り角の他方をスイープ状に変化させることで、１回のテストパターン試験における運転時間を大幅に削減することが可能となる。

【0072】

本開示の第９態様に係る試験装置は、流体である気体が流通可能な風洞１０と、風洞１０に設けられ、供試体Ｐが姿勢を変更可能に配置され、供試体Ｐの姿勢を示す迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つを含む試験情報を取得する取得部２２を含む試験室２０と、モータ３２により回転翼３１を回転させることで風洞１０内に風を発生させる送風装置３０と、試験室２０における風速が一定となるように、取得した試験情報に応じてモータ３２の回転を制御する制御装置とを備える。

【0073】

この構成によれば、試験室２０における風速ｖが一定となるように、迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つを含む試験情報に応じてモータ３２の回転を制御する。この制御により、供試体Ｐの姿勢を変化させる場合、供試体Ｐの迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つに応じて制御装置４０により自動で試験室２０の風速ｖを調整することができるため、風速ｖの調整を行う際の手間を低減することが可能となる。また、迎角α、横滑り角β及びロール角γの少なくとも１つのパラメータを用いて制御を行うため、高精度の制御が可能となる。

【0074】

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。例えば、上記実施形態では、流体として空気が流通する風洞１０を流路とする風洞試験装置１００を例に挙げて説明したが、この構成に限定されない。例えば、流体として、例えば水などの液体が流通する配管、液槽等の流路を有する試験装置であってもよい。

【符号の説明】

【0075】

１０ 風洞（流路）
１１ 送風路
１２ 吸い込み口
１３ 吹き出し口
２０ 試験室
２１ 供試体支持部
２２ 取得部
３０ 送風装置（流体駆動装置）
３１ 回転翼
３２ モータ
４０ 制御装置
４１ 通信部
４２ 処理部
４３ 記憶部
５１，６１，７１，７３，７５ 演算部
５２，５３，５４，５５，６０，６２，６３，６４，６５，６６，７２，７４，７５ 伝達要素
１００ 風洞試験装置（試験装置）
ＡＸ 軸
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ 等価モデル
Ｍ４ 制御モデル
Ｐ 供試体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】