JP2011021981A - Ejection tester - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ジェットエンジンへのバードストライクなどの高速衝突現象の研究のため、飛翔体を標的に高速で衝突させて、その高速衝突現象を試験するための射出試験装置に関するものである。 The present invention relates to an injection test apparatus for testing a high-speed collision phenomenon by causing a flying object to collide with a target at a high speed in order to study a high-speed collision phenomenon such as a bird strike to a jet engine.
ジェットエンジンなどは、バードストライクなどによって損傷する可能性があるため、その耐衝撃性能を試験して安全性を確認などする必要がある。そこで、金属片、鳥やそれを模したゼラチンなどの飛翔体を加速してジェットエンジンなどの標的に高速で衝突させて、その耐衝撃性能を試験することが行われている。 Since a jet engine or the like may be damaged by a bird strike or the like, it is necessary to test its impact resistance performance to confirm safety. Therefore, a flying object such as a metal piece, a bird or gelatin imitating it is accelerated and collided with a target such as a jet engine at a high speed to test its impact resistance performance.
この試験に用いられる射出試験装置は、圧縮ガスや爆薬の爆発エネルギーを利用して飛翔体を加速し、標的に高速で衝突させる装置である。 The injection test apparatus used for this test is an apparatus that accelerates the flying object using the explosive energy of compressed gas or explosives and collides with the target at high speed.
射出試験装置は、一般に加速エネルギーを供給する加速エネルギー供給系と、飛翔体を加速するための加速管(直管部)と、飛翔体と標的との衝突部で構成される。目的とする試験により飛翔体の形状・寸法は異なることから、飛翔体をサボーと呼ばれる入れ物に入れ、これを加速し、標的との衝突直前に分離し、飛翔体だけを標的に衝突させる方式が汎用的である。 The injection test apparatus generally includes an acceleration energy supply system that supplies acceleration energy, an acceleration tube (straight tube portion) for accelerating the flying object, and a collision part between the flying object and the target. Since the shape and dimensions of the flying object differ depending on the target test, there is a method in which the flying object is put in a container called Sabo, accelerated, separated immediately before the collision with the target, and only the flying object collides with the target. It is general purpose.
サボーと飛翔体を分離する方式としては、(1)複数に分割したサボー内に保持した飛翔体を空気抵抗を利用して自然分離させる方式、(2)加速管の先端にガス抜き孔を設け、かつ径を小さくしてサボーと衝突するようにしたサボーストッパーを取り付ける方式、(3)加速管の出口を自由空間とし、その前方にサボーを衝突させ飛翔体と分離するためのサボーストッパーを独立に設ける方式などがある。 As a method of separating the sabo and the flying object, (1) a method of naturally separating the flying object held in the divided sabo using air resistance, and (2) a vent hole is provided at the tip of the acceleration tube , And a method of attaching a sabo stopper that is made to collide with the sabo with a reduced diameter, and (3) the exit of the accelerating tube is a free space, and a sabo stopper that separates the flying object by colliding with the sabo in front of it There is a method to provide in.
しかしながら、サボーと飛翔体を空気抵抗を利用して分離させる(1)の方式では、分離部分に非常に長い距離が必要となり、射出試験装置の全長が長くなってしまう問題がある。また、空気の存在により速度低下や姿勢変化が生ずる虞がある。 However, in the method (1) in which the sabot and the flying object are separated using air resistance, a very long distance is required for the separation part, and there is a problem that the total length of the injection test apparatus becomes long. In addition, there is a possibility that speed reduction and posture change may occur due to the presence of air.
また、加速管の先端に直接サボーストッパーを取り付ける(2)の方式では、加速管の軸方向及びサボーの膨張に起因する圧力による過大な力が作用し、加速管あるいはそれに付属する部品に損傷が発生したり、あるいはサボーが外せなくなったりする可能性があり問題である。 In addition, in the method (2) in which a sabot stopper is directly attached to the tip of the acceleration tube, an excessive force due to the axial direction of the acceleration tube and the pressure caused by the expansion of the sabot acts, and damage to the acceleration tube or its attached parts is caused. It is a problem that may occur or the sabot may not be removed.
さらに、加速管とサボーストッパーを独立に設置する(3)の方式では、両者の位置関係の調整が困難であること、及びサボーストッパーで反発したサボーが飛散し周囲に衝突するといった問題がある。 Further, in the method (3) in which the acceleration tube and the sabot stopper are installed independently, there are problems that it is difficult to adjust the positional relationship between the two and that the sabot repelled by the sabot stopper is scattered and collides with the surroundings.
そこで、本発明の目的は、サボーと飛翔体をサボーストッパーで分離しても、加速管に過大な圧力が作用せず、しかもサボーの飛散を防止できる射出試験装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an injection test apparatus capable of preventing sabo from being scattered without causing excessive pressure to act on the accelerating tube even when the sabo and the flying object are separated by a sabo stopper.
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項1の発明は、飛翔体を保持したサボーを後端に収容し、これを圧縮ガスや爆薬の爆発エネルギーを利用して加速するための加速管と、該加速管の先端を収容すると共に、前記加速管内で加速された前記飛翔体を衝突させる標的が収容された真空チャンバーと、該真空チャンバー内に設けられ、加速された前記サボーを受けて前記サボーから前記飛翔体を分離させると共に前記飛翔体のみを前記標的に衝突させるためのサボーストッパーとを備えた射出試験装置において、前記サボーストッパーは、前記加速管と離間して配置され、前記加速管と前記サボーストッパーとの間に、その間を連結すると共に前記サボーストッパーに前記加速管を位置決めするスライド自在な位置決め飛散防止筒が設けられたことを特徴とする射出試験装置である。 The present invention was devised in order to achieve the above object, and the invention of claim 1 accommodates a sabot holding a flying object at the rear end and uses the explosive energy of a compressed gas or explosive. An acceleration tube for accelerating, a vacuum chamber containing the tip of the acceleration tube and a target for colliding the flying object accelerated in the acceleration tube, and a vacuum chamber provided in the vacuum chamber for acceleration In addition, in the injection test apparatus comprising a sabot stopper for receiving the sabot and separating the projectile from the sabot and causing only the projectile to collide with the target, the sabot stopper is separated from the acceleration tube. The slidable positioning is arranged between the accelerating tube and the sabot stopper and connects the accelerating tube to the sabot stopper. An injection test apparatus characterized by shatterproof tube is provided.
請求項2の発明は、前記サボーストッパーは、前記サボーよりも小さく前記飛翔体のみを通過させる貫通孔と、前記位置決め飛散防止筒を嵌合させて前記位置決め飛散防止筒の中心を前記貫通孔の中心に位置決めするための嵌合溝とを有する請求項1に記載の射出試験装置である。 According to a second aspect of the present invention, the sabot stopper has a through hole that is smaller than the sabot and allows only the flying object to pass therethrough, and the positioning and scattering prevention cylinder is fitted to the center of the positioning and scattering prevention cylinder. The injection test apparatus according to claim 1, further comprising a fitting groove for positioning at the center.
請求項3の発明は、前記加速管の先端に、外周にガス抜き孔が形成されたガス抜き管が嵌合され、前記位置決め飛散防止筒は、前記ガス抜き管の外周にスライド自在に設けられる請求項1又は2に記載の射出試験装置である。 According to a third aspect of the present invention, a gas vent pipe having a gas vent hole formed on the outer periphery is fitted to the tip of the acceleration pipe, and the positioning scattering prevention cylinder is slidably provided on the outer circumference of the gas vent pipe. An injection test apparatus according to claim 1 or 2.
請求項4の発明は、前記加速管と前記ガス抜き管と前記位置決め飛散防止筒は、その中心が同一となるようにそれぞれの中心が位置決めされる請求項3に記載の射出試験装置である。 A fourth aspect of the invention is the injection test apparatus according to the third aspect, wherein the centers of the accelerating tube, the degassing tube, and the positioning scattering prevention cylinder are positioned so that the centers thereof are the same.
本発明によれば、サボーと飛翔体をサボーストッパーで分離しても、加速管に過大な圧力が作用せず、しかもサボーの飛散を防止できる射出試験装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an injection test apparatus in which excessive pressure does not act on the accelerating tube even when the sabo and the flying object are separated by a sabo stopper, and the sabo can be prevented from scattering.
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。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1(a)は、本実施の形態に係る射出試験装置の概略側面図であり、図1(b)は、飛翔体を保持したサボーを示す図である。図2は、その要部(図1(a)のA部)を示す断面図である。なお、図2では、標的を簡略化して模式的に描いている。 Fig.1 (a) is a schematic side view of the injection | emission test apparatus based on this Embodiment, FIG.1 (b) is a figure which shows the sabot holding the flying body. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the main part (part A of FIG. 1A). In FIG. 2, the target is schematically illustrated in a simplified manner.
図1及び図2に示すように、射出試験装置1は、飛翔体2を保持したサボー3を後端(図示左側)に収容し、これを圧縮ガスや爆薬の爆発エネルギー(加速エネルギー)を利用して加速するための加速管4と、加速管4の先端(図示右側)を収容すると共に、加速管4内で加速された飛翔体2を衝突させる標的5が収容された真空チャンバー6と、真空チャンバー6内に設けられ、加速されたサボー3を受けてサボー3から飛翔体2を分離させると共に飛翔体2のみを標的5に衝突させるためのサボーストッパー7とを備える。本実施の形態では、加速エネルギーとして圧縮ガスを用いる場合を説明する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the injection test apparatus 1 accommodates a
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。これらを用いた高速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。 The target 5 to be tested is, for example, a material that requires impact resistant design such as a fan blade of a jet engine. As the flying object 2, various things such as a bird, gelatin imitating it, or a metal piece are used. As a test of a high-speed collision phenomenon using these, for example, there is a test for confirming impact resistance when a bird is sucked into a jet engine.
サボー3は、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、サボーストッパー7に衝突しても壊れにくいため、サボー3が破壊されてその破片が飛散してしまうのを防止することができる。サボー3の形状は、一端が開口した円筒状に形成され、その開口部8に飛翔体2が保持される。そのため、サボー3の開口部8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(図1(b)では、飛翔体2が四角柱状のため矩形状に成形されている)。
The
加速管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S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。加速管4の後端には、加速エネルギー供給系9が接続される。加速エネルギー供給系9は、ガスを蓄圧するための蓄圧容器10と、蓄圧容器10にガスを供給するガスボンベ11と、加速管4の後端に接続されるバルブ12とからなる。
The
蓄圧容器10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。
For example, helium (He) or nitrogen (N 2 ) is used as the gas supplied to the
バルブ12は、例えば電磁バルブからなる。蓄圧容器10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、加速管4の後端に収容されたサボー3が加速される。
The
加速エネルギー供給系9と加速管4とはフランジ部13を介して接続される。加速管4の後端に飛翔体2を保持したサボー3を設置する際には、フランジ部13を境に加速エネルギー供給系9と加速管4とを分離させ、加速管4の後端の飛翔体設置部14にサボー3を設置する。そのため、加速エネルギー供給系9は、図示左右方向に移動可能にされる。
The acceleration
加速管4内で加速された飛翔体2を衝突させる標的5は、加速管4の先端に接続された真空チャンバー6内に収容される。真空チャンバー6内にはレーザーや高速度カメラなど、高速衝突現象を捉えるための機器が設置されている。さらに、真空チャンバー6の側壁には、観測用の窓Wが設けられる。
A target 5 that collides the flying object 2 accelerated in the
また、加速管4の先端部にはシール部15(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。加速管4の先端を真空チャンバー6の側壁17に形成された挿入孔18に挿入すると共に、シールフランジ16を側壁17にネジ19でネジ止めすることにより、加速管4の先端は真空チャンバー6内に密閉されて収容される。これにより、加速管4内も真空引きされ、加速管4内で飛翔体2を保持したサボー3が十分に加速されるようになる。
Further, a
加速されたサボー3を受けてサボー3から飛翔体2を分離させるサボーストッパー7には、サボー3よりも小さく飛翔体2のみを通過させる貫通孔20が形成される。よって、加速されたサボー3は貫通孔20の外周部分に衝突して止められ、飛翔体2のみを標的5に衝突させるようになっている。言うまでもないが、サボーストッパー7は、サボー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。例えば、サボーストッパー7のサボー3が衝突する面の反対面(すなわち、標的5側の面)には、サボー3が衝突したときの衝撃に耐え得るように、補強部21が形成される。なお、このサボーストッパー7は、真空チャンバー6内にネジ22によりネジ止めされた支持台23に支持され、その側方及び下方からネジ止めされて固定される(ネジ止め部24)。
A through
また、加速管4の先端には、外周にガス抜き孔25が形成されたガス抜き管26が嵌合される。加速管4の先端に嵌合するガス抜き管26の後端には、加速管4の中心とガス抜き管26の中心を位置決めして固定するための中心位置決めフランジ27が形成される。つまり、ガス抜き管26を加速管4に嵌合する際には、中心位置決めフランジ27をネジ28で真空チャンバー6の側壁17にネジ止めして位置決めしつつ固定する。これにより、加速管4とガス抜き管26は、その中心が同一となるようにそれぞれの中心が位置決めされて嵌合される。ガス抜き管26は、サボー3後方からのガスをガス抜き孔25から放出し、加速管4に残存圧が作用するのを防止するためのものである。そのため、ガス抜き孔25は、サボー3後方のガスを短時間で放出できるような大きさに形成される。
Further, a
さて、本実施の形態に係る射出試験装置1では、サボーストッパー7は、加速管4と離間して配置される。これは、サボー3から飛翔体2を分離する際に、サボーストッパー7にサボー3が衝突したときの振動や応力が加速管4に伝達して、加速管4やそれに付属する部品に過大な力が作用して損傷が発生するのを防止するためである。
Now, in the injection test apparatus 1 according to the present embodiment, the sabot stopper 7 is arranged separately from the
しかし、加速管4とサボーストッパー7を離間して配置させると、両者の位置関係の調整が困難であること、及びサボーストッパー7で反発したサボー3が飛散し周囲に衝突するといった問題が生じてしまう。
However, if the accelerating
この課題を解決すべく、射出試験装置1は、加速管4とサボーストッパー7との間に、その間を連結すると共にサボーストッパー7に加速管4を位置決めするスライド自在な位置決め飛散防止筒29が設けられた構造とされる。位置決め飛散防止筒29は、サボー3の飛散を防止する飛散カバーとしての大径部30と、加速管4の先端に嵌合されたガス抜き管26の外周にスライド自在に嵌合するスライド小径部31とからなり、位置決め飛散防止筒29は、その中心が加速管4の中心と同一となるように設けられる。また、射出試験装置1のサボーストッパー7は、位置決め飛散防止筒29を嵌合させて位置決め飛散防止筒29の中心を貫通孔20の中心に位置決めするための、位置決め飛散防止筒29と同径の嵌合溝32を有する。
In order to solve this problem, the injection test apparatus 1 is provided with a slidable positioning and
つまり、加速管4の先端に嵌合されたガス抜き管26の外周に、加速管4とサボーストッパー7との間を連結する位置決め飛散防止筒29を設けることで、サボーストッパー7で反発したサボー3が飛散しないようにされる。サボーストッパー7で反発したサボー3はガス抜き管26及び位置決め飛散防止筒29に衝突するため、ガス抜き管26及び位置決め飛散防止筒29は、例えばSUS304などで形成されるとよい。これにより、サボー3の衝突による衝撃を吸収することができ、これらの損傷を防止できる。また、ガス抜き管26の外周に、位置決め飛散防止筒29をスライド自在に設けることにより、サボー3の衝突によるサボーストッパー7の振動や応力を加速管4まで伝達しないようにされる。さらに、位置決め飛散防止筒29を嵌合溝32に嵌合させることにより、位置決め飛散防止筒29の中心が貫通孔20の中心に位置決めされる。
That is, by providing the positioning
次に、射出試験装置1を用いた射出試験を説明する。 Next, an injection test using the injection test apparatus 1 will be described.
先ず、試験前に、ガス抜き管26に嵌合された位置決め飛散防止筒29をスライドさせ、サボーストッパー7の嵌合溝32に嵌合させることで、サボーストッパー7の貫通孔20と位置決め飛散防止筒29と加速管4の中心がそれぞれ同一となるようにされる。また、フランジ部13を境に加速管4と加速エネルギー供給系9とを分離させ、加速管4の後端の飛翔体設置部14に飛翔体2を保持したサボー3を収容して設置する。
First, before the test, the positioning
その後、真空チャンバー6内を所望の真空度に真空引きし、またガスボンベ11から蓄圧容器10にガスを供給する。真空引きにより、真空チャンバー6内及びバルブ12までの加速管4内が真空にされる。蓄圧容器10内にサボー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12を一気に開放して、充填された圧縮ガスにて加速管4の後端に収容されたサボー3を加速する。つまり、試験環境に応じて、蓄圧容器10内の圧力や、真空チャンバー6内及びバルブ12までの加速管4内の真空度などを適宜調整することにより、サボー3を所望の速度で加速することができる。
Thereafter, the inside of the vacuum chamber 6 is evacuated to a desired degree of vacuum, and gas is supplied from the gas cylinder 11 to the
加速管4内で加速されたサボー3は加速管4の先端に嵌合されたガス抜き管26を通過した後サボーストッパー7に衝突し、サボー3から飛翔体2が分離される。このとき、サボーストッパー7に衝突したサボー3は変形するが、ガス抜き管26の径を十分に大きくしておくことで、サボー3の変形と干渉せず、従って膨張に伴う圧力も発生しない。また、サボー3の跳ね返りに対し、位置決め飛散防止筒29は、飛散カバーの役割を果たし、サボー3は封じ込められる。サボー3後方からのガスはガス抜き管26のガス抜き孔25から放出され、加速管4に残存圧が作用することはない。さらに、サボー3の跳ね返りによる衝撃は、位置決め飛散防止筒29がスライドすることにより吸収され、加速管4に衝撃が伝達して過大な応力が作用することはない。
The
サボー3から分離された飛翔体2は、真空チャンバー6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及びレーザー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調査する。
The flying object 2 separated from the
繰り返し試験を行う場合には、位置決め飛散防止筒29を加速管4側にスライドさせ、位置決め飛散防止筒29に残留したサボー3を除去し、再び位置決め飛散防止筒29をサボーストッパー7の嵌合溝32に嵌合させて位置決めした後、試験を行う。
When the repeated test is performed, the positioning /
このように、本実施の形態に係る射出試験装置1によれば、サボーストッパー7が加速管4と離間して配置され、加速管4とサボーストッパー7との間に、その間を連結すると共にサボーストッパー7に加速管4を位置決めするスライド自在な位置決め飛散防止筒29が設けられているため、サボー3の衝突によるサボーストッパー7の振動や応力を加速管4まで伝達させないようにでき、且つサボーストッパー7への衝突時に変形して膨張したサボー3を位置決め飛散防止筒29内に閉じこめて周囲に飛散させないようにできる。
As described above, according to the injection test apparatus 1 according to the present embodiment, the sabot stopper 7 is disposed apart from the
さらに、射出試験装置1によれば、サボーストッパー7に位置決め飛散防止筒29を嵌合させて位置決め飛散防止筒29の中心を貫通孔20の中心に位置決めするための嵌合溝32が形成されており、且つ加速管4とガス抜き管26と位置決め飛散防止筒29の中心がそれぞれ同一になるようにされるため、位置決め飛散防止筒29を嵌合溝32に嵌合するだけで、加速管4とガス抜き管26と位置決め飛散防止筒29の中心を貫通孔20の中心に容易に位置決めすることができる。
Further, according to the injection test apparatus 1, the
また、射出試験装置1では、加速管4とガス抜き管26は独立構造であり、長大な加速管4への孔空けやネジ加工が不要となる。
Further, in the injection test apparatus 1, the
以上要するに、射出試験装置1によれば、サボー3と飛翔体2をサボーストッパー7で分離しても、加速管4に過大な圧力が作用せず、しかもサボー3の飛散を防止できる。
In short, according to the injection test apparatus 1, even if the
1 射出試験装置
2 飛翔体
3 サボー
4 加速管
5 標的
6 真空チャンバー
7 サボーストッパー
29 位置決め飛散防止筒
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Injection test apparatus 2
Claims (4)
前記サボーストッパーは、前記加速管と離間して配置され、前記加速管と前記サボーストッパーとの間に、その間を連結すると共に前記サボーストッパーに前記加速管を位置決めするスライド自在な位置決め飛散防止筒が設けられたことを特徴とする射出試験装置。 A sabo holding a flying object is accommodated at the rear end, and an acceleration tube for accelerating it using the explosive energy of compressed gas or explosive, and the tip of the acceleration tube are accommodated and accelerated in the acceleration tube. A vacuum chamber in which a target for colliding the flying object is housed, and a vacuum chamber provided in the vacuum chamber for receiving the accelerated sabot to separate the flying object from the sabot and using only the flying object as the target. In an injection test apparatus equipped with a sabo stopper for collision,
The sabot stopper is disposed apart from the acceleration tube, and a slidable positioning and scattering prevention cylinder is provided between the acceleration tube and the sabot stopper to connect the acceleration tube and the sabot stopper. An injection test apparatus characterized by being provided.
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