JP2013019784A - サボ及びそれを用いた射出試験装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】空気抵抗のない真空チャンバ内で射出試験を行う場合であっても、サボから飛翔体を分離することができ、且つ、再現性の良い射出試験を行えるサボ及びそれを用いた射出試験装置を提供する。
【解決手段】射出された飛翔体2の姿勢を保持しつつ分離板6を通して飛翔体2を標的5に衝突させ、且つ、分離板6で飛翔体2と分離されるサボ3において、サボ本体18の射出方向後端面19に、分離板6に衝突したときにサボ本体18を複数の破片20に破断させると共に複数の破片20の各軌道を飛翔体2の軌道軸Xから径方向外方に軌道変更させるための放射状の軌道変更用破断溝21を有するものである。また、飛翔体2を標的5に衝突させる射出試験装置において、サボ3を用いたものである。
【選択図】図1
【解決手段】射出された飛翔体2の姿勢を保持しつつ分離板6を通して飛翔体2を標的5に衝突させ、且つ、分離板6で飛翔体2と分離されるサボ3において、サボ本体18の射出方向後端面19に、分離板6に衝突したときにサボ本体18を複数の破片20に破断させると共に複数の破片20の各軌道を飛翔体2の軌道軸Xから径方向外方に軌道変更させるための放射状の軌道変更用破断溝21を有するものである。また、飛翔体2を標的5に衝突させる射出試験装置において、サボ3を用いたものである。
【選択図】図1
Description
本発明は、飛翔体を標的に衝突させて標的の衝撃に対する強度を評価するための射出試験に用いられるサボ及びそれを用いた射出試験装置に関するものである。
様々な製品或いは材料の衝撃に対する強度を評価するために、射出試験装置を用いた打ち込み試験(射出試験)が行われている。これは、圧縮ガスや爆薬のエネルギを利用して飛翔体を加速し、加速した飛翔体を標的に衝突させたときの標的の強度を調べる試験である。
この射出試験の際には、圧縮ガスや爆薬のエネルギを飛翔体に伝えつつ飛翔体の速度や姿勢を制御するため、サボを用いて飛翔体を支持する方法が採られることが多く、標的との衝突前に飛翔体からサボを分離させる方法が必要となる。
例えば、特許文献1には、軸線を中心に複数に分割されたサボを発射管の内部に形成された螺旋溝に沿って回転運動させ、その回転運動による遠心力でサボを分割し、サボから飛翔体を分離させる方法が開示されている。
この方法によれば、分割されたサボの軌道を飛翔体の軌道軸から径方向外方に軌道変更させることができ、サボから飛翔体を分離することが可能となる。これにより、サボの破片が飛翔体と共に標的に衝突してしまう現象を防止することができる。また、より少ないエネルギで飛翔体を射出するために、空気抵抗のない真空チャンバ内で射出試験を行う場合であっても、遠心力の作用に影響はないのでサボから飛翔体を分離することができる。
しかしながら、遠心力の作用によりサボから飛翔体を分離する方法は、飛翔体及びサボを軌道軸廻りに回転させる必要があり、飛翔体を想定した姿勢で標的に衝突させることができない場合がある。この場合、射出試験の再現性が悪くなり、同じ試験条件であっても結果にバラツキが生じ、試験精度が低下してしまうという問題が生じる。
そこで、本発明の目的は、空気抵抗のない真空チャンバ内で射出試験を行う場合であっても、サボから飛翔体を分離することができ、且つ、再現性の良い射出試験を行えるサボ及びそれを用いた射出試験装置を提供することにある。
この目的を達成するために創案された本発明は、射出された飛翔体の姿勢を保持しつつ分離板を通して前記飛翔体を標的に衝突させ、且つ、前記分離板で前記飛翔体と分離されるサボにおいて、サボ本体の射出方向後端面に、前記分離板に衝突したときに前記サボ本体を複数の破片に破断させると共に前記複数の破片の各軌道を前記飛翔体の軌道軸から径方向外方に軌道変更させるための放射状の軌道変更用破断溝を有することを特徴とする。
前記軌道変更用破断溝は、少なくとも3つ以上の溝部からなると良い。
また、本発明は、飛翔体を保持したサボを射出方向後端に収容し、前記サボを圧縮ガスや爆薬のエネルギを利用して射出するための発射管と、前記発射管の射出方向先端側に設けられ、前記発射管から射出された前記飛翔体を衝突させる標的と、前記飛翔体と前記サボとを分離して前記飛翔体を前記標的に衝突させるための分離板とを備えた射出試験装置において、前記サボは、サボ本体の射出方向後端面に、前記分離板に衝突したときに前記サボ本体を複数の破片に破断させると共に前記複数の破片の各軌道を前記飛翔体の軌道軸から径方向外方に軌道変更させるための放射状の軌道変更用破断溝を有することを特徴とする。
前記飛翔体の軌道軸から径方向外方に軌道変更された前記複数の破片を停止させる破片停止板を備えると良い。
本発明によれば、空気抵抗のない真空チャンバ内で射出試験を行う場合であっても、サボから飛翔体を分離することができ、且つ、再現性の良い射出試験を行える。
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
図1は、本発明の好適な実施の形態に係る射出試験装置を示す概略図であり、(a)は概略側面図、(b)は真空チャンバ内の概略図である。
図1(a),(b)に示すように、射出試験装置1は、飛翔体2を保持したサボ3を射出方向後端(図示右端)に収容し、サボ3を圧縮ガスや爆薬のエネルギ(以下、加速エネルギという)を利用して射出するための発射管4と、発射管4の射出方向先端(図示左端)側に設けられ、発射管4から射出された飛翔体2を衝突させる標的5と、飛翔体2とサボ3とを分離して飛翔体2を標的5に衝突させるための分離板6とを備える。本実施の形態では、加速エネルギとして圧縮ガスを用いる場合を説明する。
試験対象である標的5とは、例えば、ジェットエンジンのファンケースやファンブレードなどの耐衝撃設計が必要な材料である。飛翔体2としては、鳥やそれを模したゼラチン、又は金属片など様々なものを用いる。これらを用いた衝突現象の試験としては、例えば、ジェットエンジンに鳥が吸い込まれた際の耐衝撃性を確認するための試験がある。
サボ3は、射出された飛翔体2の姿勢を保持しつつ分離板6を通して飛翔体2を標的5に衝突させ、且つ、分離板6で飛翔体2と分離されるものであり、例えば、ポリエチレンなどの高分子材料からなる。高分子材料は破断伸びが大きく、分離板6に衝突しても壊れにくいため、サボ3が破壊されてその破片が意図せず飛散してしまう現象を抑制することができる。本発明の要旨であるサボ3の形状については後述する。
発射管4は、その長手方向に沿って複数(図1では、3つ)のサポート柱7に支持されており、その中心が略一直線上になるようにされる。発射管4の射出方向後端には、加速エネルギ供給系8が接続される。加速エネルギ供給系8は、ガスを蓄圧するための蓄圧容器9と、蓄圧容器9にガスを供給するガスボンベ10と、発射管4の射出方向後端に接続されるバルブ11とからなる。
蓄圧容器9に供給するガスとしては、例えばヘリウム(He)や窒素(N2)を用いる。不活性ガスでは分子量の小さいヘリウムが最も加速しやすいため好適である。
バルブ11は、例えば、電磁バルブからなる。蓄圧容器9内にガスを蓄圧した後、電磁バルブを一気に開放することにより、発射管4の射出方向後端に収容されたサボ3が加速される。
加速エネルギ供給系8と発射管4とはフランジ部12を介して接続される。発射管4の射出方向後端に飛翔体2を保持したサボ3を設置する際には、フランジ部12を境に加速エネルギ供給系8と発射管4とを分離させ、発射管4の射出方向後端の飛翔体設置部13にサボ3を設置する。そのため、加速エネルギ供給系8は、図示左右方向に移動可能にされる。
発射管4の射出方向先端と標的5は、より少ないエネルギで飛翔体2を射出するために、空気抵抗のない真空チャンバ14内に収容される。真空チャンバ14の外側にはレーザや高速度カメラなど、衝突現象を捉えるための機器が設置されている。更に、真空チャンバ14の側壁には、観測用の窓15が設けられる。
また、発射管4の射出方向先端部にはシール部(例えば、パッキンなど)を有するシールフランジ16が形成されている。発射管4の射出方向先端を真空チャンバ14の側壁に形成された挿入孔に挿入すると共に、シールフランジ16を側壁にネジ止めすることにより、発射管4の射出方向先端は真空チャンバ14内に密閉されて収容される。これにより、発射管4内も真空引きされ、発射管4内で飛翔体2を保持したサボ3が十分に加速されるようになる。
飛翔体2とサボ3とを分離するための分離板6には、サボ3よりも小さく飛翔体2が触れることなく通過できるような大きさの貫通孔17が形成される。そのため、加速されたサボ3は貫通孔17の外周部分に衝突し、サボ3から飛翔体2が分離されて標的5に衝突する。分離板6は、サボ3の衝撃力に対し健全性を有する材料及び設計にて形成される。
さて、本実施の形態に係る射出試験装置1は、空気抵抗のない真空チャンバ14内で射出試験を行う場合であっても、サボ3から飛翔体2を分離することができ、且つ、再現性の良い射出試験を行えるものである。
そのために、射出試験装置1は、図2(a)〜(c)に示すように、サボ本体18の射出方向後端面19に、分離板6に衝突したときにサボ本体18を複数の破片20に計画的に破断させると共に複数の破片20の各軌道を飛翔体2の軌道軸Xから径方向外方に軌道変更させるための放射状の軌道変更用破断溝21を有するサボ3を用いる。
サボ本体18は、発射管4の内周面に嵌合する円柱状に形成され、射出方向先端面22に飛翔体2を保持するための飛翔体保持部23を有する。飛翔体保持部23は、標的5に衝突させる飛翔体2の形状に合わせて様々な形状に成形される。飛翔体2の種類や飛翔体2を載置する角度によっては飛翔体2の自重で落ちることがあるため、接着力のあまり強くない粘着テープなどを用いて載置を補助するようにしても良い。サボ本体18の厚さ(射出方向後端面19と射出方向先端面22との距離)は、飛翔体2を収める飛翔体保持部23の深さより厚く(例えば、10〜20mm程度に)形成される。
軌道変更用破断溝21は、サボ本体18の中心から径方向外方にかけて形成された複数(図2では4つ)の溝部24からなる。
また、射出試験装置1は、飛翔体2の軌道軸Xから径方向外方に軌道変更された複数の破片20を停止させる破片停止板25を備える(図1(b)参照)。この破片停止板25は、分離板6と同様に貫通孔26を有する。
この射出試験装置1を用いた射出試験を説明し、併せて軌道変更用破断溝21の詳細な構造について述べる。
先ず、試験前に、フランジ部12を境に発射管4と加速エネルギ供給系8とを分離させ、発射管4の射出方向後端の飛翔体設置部13に飛翔体2を保持したサボ3を収容して設置する。
その後、真空チャンバ14内を所望の真空度に真空引きし、またガスボンベ10から蓄圧容器9にガスを供給する。真空引きにより、真空チャンバ14内及びバルブ11までの発射管4内が真空にされる。蓄圧容器9内にサボ3を所望の速度で加速するのに十分なガスが充填されたら、バルブ11を一気に開放して、充填されたガスにて発射管4の射出方向後端に収容されたサボ3を加速する。つまり、試験環境に応じて、蓄圧容器9内の圧力や、真空チャンバ14内及びバルブ11までの発射管4内の真空度などを適宜調整することにより、サボ3を所望の速度で加速することができる。
図3に示すように、発射管4内で加速されたサボ3は分離板6に衝突し、これと同時に飛翔体2は貫通孔17を通過し、サボ3から飛翔体2が姿勢を維持したまま分離される。また、サボ3が分離板6に衝突したとき、サボ本体18の中心部は慣性力により貫通孔17を通過しようとする。
この際、サボ本体18は軌道変更用破断溝21の底部27から破断され、軌道軸Xから逸れる方向(即ち、径方向外方)の速度Vを持った複数の破片20に分断される。そして、分断された複数の破片20は、その各軌道を飛翔体2の軌道軸Xと違えながら飛翔体2に遅れて貫通孔17を通過する。
このとき、複数の破片20が貫通孔17を通過するためには、複数の破片20となったサボ本体18の外径が貫通孔17の内径よりも小さくなる必要がある。そのためには、軌道変更用破断溝21は、少なくとも3つ以上の溝部24からなると良い。これにより、サボ3が分離板6に衝突したときに、複数の破片20となったサボ本体18の全周に亘ってその外径が縮小されるため、複数の破片20は貫通孔17を通過することができる。
一方、溝部24の数が2つ以下であると、複数の破片20となったサボ本体18の全周に亘ってその外径が縮小されず、複数の破片20は貫通孔17を通過することができない虞がある。この場合、複数の破片20の一部が飛翔体2と同一の軌道軸Xで射出されて標的に衝突してしまう虞がある。
より具体的に説明すると、図4(a),(b)に示すように、軌道変更用破断溝21が3つ(又はそれ以上)の溝部24からなる場合には、サボ3が分離板6に衝突したときに、各溝部24が押し潰されるように変形し、サボ本体18の外径が衝突前に比べてその全周に亘って縮小され、複数の破片20は貫通孔17を通過することができる。
しかし、図4(c),(d)に示すように、1つ(又は2つ)の溝部24しかない場合には、サボ3が分離板6に衝突したときに、各溝部24が押し潰されるように変形しても、サボ本体18の外径が全周に亘って縮小されることはなく、複数の破片20は貫通孔17を通過することができない可能性が高い。
このような理由から、本実施の形態では、軌道変更用破断溝21を4本の溝部24で構成した。
また、軌道変更用破断溝21は、その底部27が可能な限り薄く形成されることが好ましい。これにより、サボ3が分離板6に衝突したときに、サボ本体18が複数の破片20に破断されやすくなる。つまり、底部27の厚さをできる限り薄くすることで、複数の破片20間を連結する底部27の断面積を小さくして底部27の剛性を低下させることができ、サボ本体18をより確実に複数の破片20に計画的に破断させることができる。
更に、軌道変更用破断溝21は、その幅(各溝部24の幅)が可能な限り小さくされることが好ましい。これは、軌道変更用破断溝21の幅が大きくなればなるほど、軌道軸Xから逸れる方向の速度Vの発生が遅れ、複数の破片20の各軌道と飛翔体2の軌道との差が小さくなり、射出試験への影響が少なからず生じる虞があるためである。
さて、再び図3を参照し、貫通孔17を通過した複数の破片20は、その後、破片停止板25に衝突して停止される。一方、飛翔体2は、破片停止板25の貫通孔26を通過し、真空チャンバ14内に予め収容しておいた標的5に衝突する。その衝突後の標的5及びレーザや高速度カメラなどの各種機器から得られた情報を元に標的5の耐衝撃性能などを評価する。
繰り返し試験を行う場合には、破片停止板25で停止されて真空チャンバ14内に残留した複数の破片20を除去し、再び発射管4と加速エネルギ供給系8とを分離させ、発射管4の射出方向後端の飛翔体設置部13に飛翔体2を保持した新たなサボ3を収容した後、試験を行う。
このように、本実施の形態によれば、サボ3が分離板6に衝突したときのエネルギを利用してサボ本体18を複数の破片20に破断させると共に、複数の破片20に飛翔体2の軌道軸Xから逸れる方向の速度Vを持たせることができるため、空気抵抗のない真空チャンバ14内で射出試験を行う場合であっても、サボ3から飛翔体2を分離することができる。
また、本実施の形態では、飛翔体2とサボ3とを分離板6によって分離するため、サボ3及び飛翔体2を回転させながら射出する必要がなく、サボ3から飛翔体2が姿勢を維持したまま分離される。その結果、再現性の良い射出試験を行える。
なお、本発明は前述した実施の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種々の設計変更が可能である。
例えば、前述した実施の形態では、複数の破片20を停止させるために破片停止板25を設けたが、標的5と分離板6との距離が長く確保できるのであれば、破片停止板25を設けなくとも良い。複数の破片20が標的5側へ飛翔したとしても、標的5と分離板6との距離が長ければ、複数の破片20が標的5から大きく逸れた位置に着弾されるため、射出試験へ及ぼす影響は少ないからである。
1 射出試験装置
2 飛翔体
3 サボ
4 発射管
5 標的
6 分離板
7 サポート柱
8 加速エネルギ供給系
9 蓄圧容器
10 ガスボンベ
11 バルブ
12 フランジ部
13 飛翔体設置部
14 真空チャンバ
15 窓
16 シールフランジ
17 分離板の貫通孔
18 サボ本体
19 サボ本体の射出方向後端面
20 破片
21 軌道変更用破断溝
22 サボ本体の射出方向先端面
23 飛翔体保持部
24 溝部
25 破片停止板
26 破片停止板の貫通孔
27 軌道変更用破断溝の底部
X 飛翔体の軌道軸
V 飛翔体の軌道軸から逸れる方向の速度
2 飛翔体
3 サボ
4 発射管
5 標的
6 分離板
7 サポート柱
8 加速エネルギ供給系
9 蓄圧容器
10 ガスボンベ
11 バルブ
12 フランジ部
13 飛翔体設置部
14 真空チャンバ
15 窓
16 シールフランジ
17 分離板の貫通孔
18 サボ本体
19 サボ本体の射出方向後端面
20 破片
21 軌道変更用破断溝
22 サボ本体の射出方向先端面
23 飛翔体保持部
24 溝部
25 破片停止板
26 破片停止板の貫通孔
27 軌道変更用破断溝の底部
X 飛翔体の軌道軸
V 飛翔体の軌道軸から逸れる方向の速度
Claims (4)
- 射出された飛翔体の姿勢を保持しつつ分離板を通して前記飛翔体を標的に衝突させ、且つ、前記分離板で前記飛翔体と分離されるサボにおいて、
サボ本体の射出方向後端面に、前記分離板に衝突したときに前記サボ本体を複数の破片に破断させると共に前記複数の破片の各軌道を前記飛翔体の軌道軸から径方向外方に軌道変更させるための放射状の軌道変更用破断溝を有することを特徴とするサボ。 - 前記軌道変更用破断溝は、少なくとも3つ以上の溝部からなる請求項1に記載のサボ。
- 飛翔体を保持したサボを射出方向後端に収容し、前記サボを圧縮ガスや爆薬のエネルギを利用して射出するための発射管と、前記発射管の射出方向先端側に設けられ、前記発射管から射出された前記飛翔体を衝突させる標的と、前記飛翔体と前記サボとを分離して前記飛翔体を前記標的に衝突させるための分離板とを備えた射出試験装置において、
前記サボは、サボ本体の射出方向後端面に、前記分離板に衝突したときに前記サボ本体を複数の破片に破断させると共に前記複数の破片の各軌道を前記飛翔体の軌道軸から径方向外方に軌道変更させるための放射状の軌道変更用破断溝を有することを特徴とする射出試験装置。 - 前記飛翔体の軌道軸から径方向外方に軌道変更された前記複数の破片を停止させる破片停止板を備える請求項3に記載の射出試験装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011153738A JP2013019784A (ja) | 2011-07-12 | 2011-07-12 | サボ及びそれを用いた射出試験装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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