JP3300730B2 - アーク加熱風洞用偏平ノズル - Google Patents
アーク加熱風洞用偏平ノズルInfo
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Description
形状供試体試験において用いる偏平ノズル(偏平コンタ
ーノズル)、詳しくはその壁面に境界層吸込み手段を有
した偏平ノズルに関する。
する際に機体表面が受ける気流環境の調査(試験)、特
に耐熱性、断熱性等の調査用にアーク加熱風洞が用いら
れる。
で、直流放電を用いたアーク加熱器01より図の右方に
偏平ノズル02を経て噴出される気流に接してその下側
に板状の供試体03が気流に沿って取付けられている。
て見た斜視図で、気流の噴出はノズルスロート02aか
らノズル出口02bにむかって行なわれる。
例として示したがノズル形状は試験の目的によって異な
る。基本的には噴流の進行方向、即ち軸方向に圧力及び
熱負荷を均一に保ちたい場合はノズル断面を一様に(ノ
ズル壁を平行に)すればよく、軸直方向(軸と垂直方
向)に圧力及び熱負荷を均一に保ちたい場合は軸方向に
対し、ノズル断面が一様均一に変化するコニカル形状に
すればよい。勿論、これらの中間形状のものも使用され
る。
って流れる気流をやや微視的に見れば、物体表面に接し
て流れる気流は付着流と称して物体との摩擦のため、あ
るいは微視的な凹凸の制止力等のために殆ど動かず、表
面から離れるに従って粘性に応じ次第に、或る距離以上
では急激に気流の速さになる。その気流の速さに遷移す
る位置を流れの方向に連らねた線より物体側の気流層を
一般に境界層と呼ぶ。境界層の厚さは気流の粘性、温
度、物体の表面粗さ等によって変化する。気流に垂直な
断面で見た場合、気流の静圧変化等は境界層の内と外で
は一様性が保たれず、外側(ノズルで云えば中心側)を
ベースに調査する場合、物体表面直近のデータは境界層
によって乱されることとなるため、圧力(静圧)、熱負
荷の調査には境界層は皆無ないしは均一な薄層になるこ
とが望まれる。
を終えたままの停滞層であり、気流(加熱ガス流)と物
体(供試体)との熱授受を阻む断熱層とも云え、気流か
ら物体への与熱能率の妨げとなり、その厚い存在は大量
の気流流量を強いることとなる。
は、気流流量を最小限に抑え、風洞規模を現実的なもの
とし、軸方向により均一的な熱・圧力負荷を与えるべ
く、偏平コンターノズル(コンターとは、軸方向に進む
に従って平行化するノズル壁形状であり、軸方向に均一
な圧力・熱負荷分布を与えるに必要不可欠な形状)を用
いることが試みられているが、偏平かつコンター化は、
ノズル内に軸直方向の流れ(2次流)を成長させ、その
方向に極めて不均一な厚みの境界層を産み出し、本試験
の主要パラメータである熱負荷を軸直方向に極めて不均
一にする不具合がある。
均一性を得る為に、軸方向の圧力ならびに熱負荷分布を
犠牲にし、ノズル壁にコニカル(単純すえ拡がり)形状
を採用しており、理想的な両方向の負荷均一性を達成し
た実績はまだ得られていない。なお、これら従来技術に
ついては、たとえば文献「The 60−MW Shu
ttle Interaction Heating
Facility」等に詳しく記載されている。
風洞用偏平ノズルには解決すべき次の課題があった。
なる熱・圧力分布の均一性をどちらか一方に制限せざる
をえず、軸直方向に均一な条件を要求する場合には、コ
ニカル形状ノズルを用いて試験し、又、軸方向に均一な
条件を要求する場合は、コンター形状ノズルを用い軸直
方向に均一な条件を犠牲にしており、実環境条件を一度
に模擬することができないという不具合があった。
多く含んだ解析等を多分に加えて供試体性能を評価せざ
るをえず、試験条件及び試験回数もおのずと膨大になる
という不具合が付随した。
形状ノズルで形成され、軸直方向に不均一な境界層を強
制的(積極的)に均一にし、両軸方向に均一な熱負荷を
与えることが可能なアーク加熱風洞用偏平ノズルを提供
することを目的とする。
手段として、アーク加熱風洞の平板形状供試体試験に用
いる偏平ノズルにおいて、ノズル壁面に境界層の吸込み
域をブロック分けして貫通された複数の穴と、同穴の前
記ブロックにそれぞれ接続した背圧制御弁を備え同背圧
制御弁に連通しノズル内の圧力低減可能に設けられた気
体吸引手段と、前記複数の穴近辺のノズル壁に取付けら
れ熱負荷分布の不均一を測定し前記ブロック分けした穴
に対応する前記気体吸引手段の背圧制御弁を制御するた
めの複数の熱負荷センサとを具備してなることを特徴と
するアーク加熱風洞用偏平ノズル、を提供しようとする
ものである。
を有する。
設け、同穴に連通した背圧制御弁を備えた気体吸引手
段、熱負荷センサを備えるため、試験時、気体吸引手段
を作動させれば偏平ノズル内の壁面に沿って形成されて
いる境界層を外部へ吸引することとなってそれを解消な
いしは、複数穴のうち境界層の厚い部分に対応する穴を
より強く吸引するよう制御することによって厚さを均一
にできる。
る。
おいて偏平ノズル(図中では単に「ノズル」と呼ぶ)を
用い板状の供試体試験を行なっている状態の模式的構成
図で、(a)は側断面図、(b)は(a)のA−A矢視
断面図、図2は図1(a)の境界層吸込み孔2近傍の拡
大図(説明図)、図3は図1(a)に対応させ、境界層
吸込み孔2を孔軸方向に見て複数の円形の場合と、スロ
ット状の場合とで比較するための模式図、図4はその試
験結果の比較性能線図である。
1aはノズルスロート、1bはノズル出口、1cはノズ
ル壁、2はノズル1の下側のノズル壁1cに貫通された
複数の境界層吸込み孔、3は境界層吸込み孔2を、気流
の幅方向に適数配置されて所要数毎に管路で連通し、ノ
ズル1内の気体を吸引し、それにより、ノズル壁1c面
近傍に形成されている境界層を吸引するための、即ち、
背圧を制御するための背圧制御弁、4はノズル壁1c面
の熱負荷分布を計測する熱負荷センサ(カロリーメー
タ)、5は境界層吸込み孔2を経て真空排気ポンプ6が
吸引するガス温度が比較的高温の場合、真空排気ポンプ
6保護等の観点から吸引ガスを冷却するための熱交換
器、6は境界層吸込み孔2からノズル1内のガスを連続
的に吸引するための真空排気ポンプである。
偏平ノズル1の下壁面、即ち、ノズル壁1c(供試体0
3設置面)に、境界層吸込み孔2が設けられているた
め、真空排気ポンプ6と背圧制御弁3とにより背圧をノ
ズル気流静圧より低く設定すれば、気流に比し境界層内
の冷たい気体は、境界層吸込み孔2より吸込まれ、温度
境界層は薄くなり、ノズル壁1c近傍の気体温度勾配を
より大きく取ることができ、(気体温度勾配)×(伝達
係数)で決まるノズル壁1cへの熱負荷を高めることが
できる。
してノズル壁1cに与熱したまま冷えている気体を差圧
により積極的に吸い取ることにより、厚い温度境界層を
より薄いものとし、ノズル壁1c面近傍の温度勾配を変
え、面一状にセットされた供試体03に対する熱負荷を
高めることができる。
範囲の下壁面即ち、ノズル壁1cに対してブロック分け
し、境界層吸込み域を細分化してより均一な熱負荷及び
より高い熱負荷を与えることができるよう配設されてい
る。また複数の熱負荷センサ4が(気流の幅方向には一
層、多数)取り付けられており、境界層厚さの不均一に
より生じる熱負荷分布の不均一を正確に計測できる。そ
の計測値より、各々適当な境界層吸込み量を推定し、各
々対応した境界層吸込み孔2の背圧を背圧制御弁3によ
り目標値に設定し、境界層内ガスを吸込み境界層厚み、
すなわち熱負荷の制御を行なう。なお、吸込みは真空排
気ポンプ6により連続的に安定しておこなえる。又、吸
込みガスの温度が比較的高い場合は、熱交換器5を稼動
させて、吸込ガス温度を下げる。
の実現性)を確認するため、図3に示す如く、ノズル壁
を模した境界層吸込み穴2a及び2b(スロット状)を
もつ吸込み板1d,1eをノズル出口1bに交換設置
し、調査した結果、気流静圧と背圧との差は10Tor
r以下と小さいものの図4に示すとおり、吸込み孔無し
の場合(即ち、従来例)に比し、1.6〜2.8倍の熱
負荷向上(制御)が確認できた。
の下流下側のノズル壁1cに貫通した複数の境界層吸込
み孔2によりノズル壁1c内近傍の境界層を適切に按分
して吸引し、その厚さを均一にできるので板状の供試体
03の受ける熱負荷を従来例に比し、1.6〜2.8倍
向上できるという利点がある。
は背圧制御弁3を閉じて)試験を行なえばノズル1を従
来通りのコンター形状ノズルとして用いることができる
という利点がある。
布させ、かつ、それに応じて各独立に吸引管路を連通さ
せれば、気流(ガス流)の幅方向の境界層を自由に制御
でき、相応して多くのケースのデータを得ることがで
き、試験範囲が著しく拡大するという利点がある。
に対する与熱(加熱)効率が高まり、相応して試験に要
する気流流量を節減できるという利点がある。
精確な試験データが得られるという利点がある。従っ
て、多くの試験回数を必要とせず、試験期間が短縮する
という利点がある。
の効果を有する。
験に用いる偏平ノズルのノズル壁面に複数の穴を貫通
し、ノズル内の圧力低減可能に背圧制御弁を備えた気体
吸引手段、熱負荷センサを設けるので気体吸引手段を作
動させてノズル壁面内の境界層を吸引し、境界層を消滅
ないしは均一厚さに制御できるため、供試体に対する熱
負荷能率を格段に向上できる。
ため、精確な試験データが得られる。
向上できるため、気流流量を著しく節減できる。これに
伴い、熱源電力、試験時間等も節減される。
ことができるため、試験範囲が大きく拡大する。
験回数を、従って、試験期間を短縮できる。
て偏平ノズルを用い、板状の供試体試験を行なっている
状態の模式的構成図で、(a)は側断面図、(b)は
(a)のA−A矢視断面図、
(説明図)、
び2b(スロット状)をもつ、吸込み板1d,1eによ
る比較試験状況を示した模式的説明図、
式的斜視図、
た斜視図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 アーク加熱風洞の平板形状供試体試験に
用いる偏平ノズルにおいて、ノズル壁面に境界層の吸込
み域をブロック分けして貫通された複数の穴と、同穴の
前記ブロックにそれぞれ接続した背圧制御弁を備え同背
圧制御弁に連通しノズル内の圧力低減可能に設けられた
気体吸引手段と、前記複数の穴近辺のノズル壁に取付け
られ熱負荷分布の不均一を測定し前記ブロック分けした
穴に対応する前記気体吸引手段の背圧制御弁を制御する
ための複数の熱負荷センサとを具備してなることを特徴
とするアーク加熱風洞用偏平ノズル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28958694A JP3300730B2 (ja) | 1994-11-24 | 1994-11-24 | アーク加熱風洞用偏平ノズル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28958694A JP3300730B2 (ja) | 1994-11-24 | 1994-11-24 | アーク加熱風洞用偏平ノズル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08145841A JPH08145841A (ja) | 1996-06-07 |
| JP3300730B2 true JP3300730B2 (ja) | 2002-07-08 |
Family
ID=17745153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28958694A Expired - Lifetime JP3300730B2 (ja) | 1994-11-24 | 1994-11-24 | アーク加熱風洞用偏平ノズル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3300730B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100401034C (zh) * | 2006-02-16 | 2008-07-09 | 同济大学 | 汽车风洞的水平抽吸系统及抽吸控制方法 |
| CN109738298A (zh) * | 2018-12-15 | 2019-05-10 | 内蒙动力机械研究所 | 一种绝热材料试件的烧蚀性能测试系统 |
| CN111272377A (zh) * | 2020-02-27 | 2020-06-12 | 北京航空航天大学 | 一种大型双循环回冷式的低温环境风洞 |
| CN121540376B (zh) * | 2026-01-16 | 2026-04-21 | 湖南大学 | 一种风洞试验攻角调节装置及其附面层厚度测算方法 |
-
1994
- 1994-11-24 JP JP28958694A patent/JP3300730B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08145841A (ja) | 1996-06-07 |
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