JP3828508B2 - 脚落下試験方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機脚のエネルギー吸収性能試験に用いられる脚落下試験方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、航空機脚のエネルギー吸収性能を評価するために脚落下試験が用いられている。この脚落下試験では、特許文献１に示すように、機体重量のうち、着陸時に脚が分担する重量を模擬した落体に脚を取り付け、落下させることにより、脚のエネルギー吸収性能が評価される。ここで落体は、落下塔に設けられたガイドレールに案内されて落下する。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１７４５７３号公報
【０００４】
ところで、実機の着陸時には、機体重量と揚力がバランスした一定の落下速度で機体が降下し、脚が接地することにより、落下速度に相当する下向きの運動エネルギーが吸収される。機体重量と揚力がバランスした実機状態を落下試験で再現するために、その試験では揚力成分に相当する上向き力が落体に加えられる。このための装置が揚力模擬装置であり、通常は、リフトシリンダーが使用される。
【０００５】
即ち、脚によって下向きの運動エネルギーを吸収する現象は、非常に短時間の現象であるため、揚力を模擬し落体に付加される上向き力をフィードバック制御により一定値に制御することは困難である。このため、空気の圧縮性を利用したリフトシリンダーと、これに接続されたエアチャンバーとの組み合わせが、揚力模擬装置として使用される。
【０００６】
この揚力模擬装置では、落体の自由落下により所定の降下速度を得た後、伸長状態で待ち受けているリフトシリンダーに落体を預け、加速度を相殺することにより、一定の降下速度を得る。ここで、静止しているリフトシリンダーと落下速度を持った落体との接触は衝撃的である。このため、衝撃荷重の低減、速やかな一定速度到達、一定上向き反力負荷での落下状態等の実現を目的として、緩衝手段が必要になり、従来は、ウレタンラバーなどからなる緩衝体が使用されている。
【０００７】
このような揚力模擬装置及び緩衝手段を用いる脚落下試験の概要を図３及び図４により説明する。
【０００８】
図３に示すように、落体１は下方に脚２を支持した状態で、落下塔内をガイドレールに案内されて落下する。落下する落体１は、加速度を相殺して一定の落下速度を得るために、落下途中で両側のリフトシリンダー３，３の各ピストンに受け止められる。リフトシリンダー３のボア側の気室は、落体１の加速度相殺のために、エアチャンバー４により、落体重量に相当する圧力に加圧されている。一方、ピストン側の気室は、ピストンの縮退動作を阻害しないために大気開放されている。また、リフトシリンダー３のピストン先端には、緩衝手段としてウレタンラバーからなる緩衝体５が取り付けられている。なお、９及び１０は、着陸完了後のジャンピングの抑制を目的としてリフトシリンダー３，３とエアチャンバー４との間に設けた電動バルブであるが、その機能については後で詳しく説明する。
【０００９】
図４中のＡ時点で落体１が落下を始めると、重力加速度により落下速度が増大する。Ｂ時点で落体１が緩衝体５に接触すると、緩衝体５の収縮により上向き力が発生し、落下速度の増大が鈍る。Ｃ時点で緩衝体５が限界まで収縮し、リフトシリンダー３が収縮を始めることにより、重力加速度が相殺され、落下速度が一定になる。即ち、リフトシリンダー３は、これに接続されたエアチャンバー４により、落体重量に相当する圧力で伸長方向に付勢されており、落体１の落下時に落体との衝突で収縮することにより、揚力を模擬した上向き力を落体１に付加する。
【００１０】
これにより、落下速度を一定に保持した状態で脚２のタイヤを接地させることが可能となり、接地後に脚２が縮んで落体１の運動エネルギーを吸収する間も、揚力を模擬した一定の上向き力を落体１に加え続けることが可能となる。
【００１１】
リフトシリンダー３に接続されたエアチャンバー４は、落体１の降下に伴ってリフトシリンダー３が収縮する結果発生する空気ボリュームの変化を吸収するために、十分に大きな容量を有しており、これにより圧力変化率、即ちリフトシリンダー３が落体１に加える上向き力の変化を小さい値に抑え込む。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このような揚力模擬装置及び緩衝手段を用いる従来の脚落下試験では、緩衝手段がウレタンラバーなどからなる緩衝体であることに起因して以下の問題がある。
【００１３】
この緩衝体はリフトシリンダーに追加されることにより、落体の加速度を事前に低減し、その後に落体の重量をリフトシリンダーに預ける機能を有している。このため、実際の試験では、図２中の動特性図に示すとおり、落体が緩衝体に接触した瞬間と、緩衝ストロークを使い切ってリフトシリンダーが収縮を開始した瞬間の２回、衝撃が発生する。
【００１４】
即ち、緩衝体を使用しても落体とリフトシリンダーの接触に伴う衝撃を十分に低減することができない。衝撃が残ると、落体に付加される荷重が振れ、その振れ幅が十分に小さくなるのを待ってタイヤを接地させる必要があるため、リフトシリンダーが大型化するなどの問題がある。緩衝体が油圧を用いたものや空気圧を用いたものの場合も同様に衝撃を十分に低減することが困難である。
【００１５】
なお、脚によるエネルギー吸収現象は非常に短時間の現象であるため、落体に加える上向き力をフィードバック制御することは非常に困難であり、可能であったとしても非常に高コストとなることは前述したとおりである。
【００１６】
本発明の目的は、落体とリフトシリンダーの接触に伴う衝撃を十分に且つ経済的に低減できる脚落下試験方法及び装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の脚落下試験方法は、航空機脚を取り付けた落体を落下させて前記航空機脚のエネルギー吸収性能を評価する脚落下試験方法において、揚力を模擬した上向き力を前記落体に加える揚力模擬装置として、伸長方向に所定圧で加圧され、前記落体の落下時にその加圧力に抗して収縮するリフトシリンダーを用いると共に、リフトシリンダーへの落体の衝突衝撃を緩和する緩衝手段として、該リフトシリンダーの初期出力を軽減するべくそのシリンダーの収縮方向に作動流体を加圧封入するものである。
【００１８】
また、本発明の脚落下試験装置は、航空機脚を所定速度で接地させるために、前記脚を保持して落下する落体と、落体の落下に伴って収縮するように落体の落下路に配置されたリフトシリンダーと、リフトシリンダーを伸長方向に定圧加圧する第１の加圧手段と、前記リフトシリンダーに対して作動流体を収縮方向に加圧封入する第２の加圧手段とを具備するものである。
【００１９】
シリンダーの収縮方向に作動流体を加圧封入して、リフトシリンダーの初期出力を低減すると、シリンダーの収縮に伴って封入流体が膨脹し、収縮方向の加圧力が低減する。その結果、シリンダー出力は、シリンダーの収縮に伴い、低減した初期値から所定値へ連続的に増大する。このシリンダー出力の所定値へ向けた連続的な増大により、落体の加速度を徐々に低減し、一定速度での落下を実現すると共に、落体とリフトシリンダーの接触に伴う衝撃を緩和できる。
【００２０】
リフトシリンダーの初期出力、即ち伸長時出力としては、伸長方向の加圧力より小さければよく、これによって衝撃緩和効果が得られるが、衝撃緩和性の点からは小さいほどよく、０又は０に近い正の値が特に好ましい。なお、負の値の場合はリフトシリンダーの自然収縮が起きる。
【００２１】
リフトシリンダーの収縮方向に作動流体が加圧封入される気室は、後述する理由により、負圧にならないように大気開放する構成が好ましい。また、リフトシリンダーに緩衝体を補助的に組み合わせることが可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す脚落下試験装置の構成図、図２は同脚落下試験装置の機能を説明するためのタイムチャートである。
【００２３】
本実施形態の脚落下試験装置は、図１に示すように、脚２を下方に保持して落下塔内を落下する落体１と、落体１の落下路に配置された左右のリフトシリンダー３，３とを備えている。リフトシリンダー３，３は、落体１の落下エネルギーを吸収するために、ピストンを上に向けて垂直に設置されており、ボア側の気室はエアチャンバー４に接続されている。一方、リフトシリンダー３，３のピストン側の気室は、図３に示した従来の脚落下試験装置と異なり、開閉弁６，６を介してポンプ７に接続されると共に、チェック弁８，８が介装された大気開放管を有している。
【００２４】
ここで、エアチャンバー４は、エアチャンバー４内を加圧するポンプ９と共に、第１の加圧手段を構成している。また、ポンプ７は、開閉弁６，６と共に、第２の加圧手段を構成している。なお、チェック弁８，８は、リフトシリンダー３，３のピストン側の気室が膨脹したときに負圧とならないように大気圧以下で開放して大気をピストン側の気室に導入するためのものである。
【００２５】
試験では、図２に示すように、エアチャンバー４によりリフトシリンダー３，３のボア側の気室に圧力Ｐｂを付加する。ボア側の気室の断面積をＡｂとすると、ボア側の気室に圧力Ｐｂを付加することによる上向き力は（Ｐｂ・Ａｂ）となる。この上向き力（Ｐｂ・Ａｂ）は、基本的にはエアチャンバー４の容積を大きくすることによりシリンダーストロークが変化しても変化しない定圧とされており、具体的には落体１の重力加速度を完全に相殺できるように、落体１の重量に相当する大きさに設定されている。
【００２６】
一方、リフトシリンダー３，３のピストン側の気室には、ポンプ７及び開閉弁６，６の操作により、圧力Ｐｐで空気を供給し封入する。ピストン側の気室の断面積をＡｐとすると、この気室への空気封入により、（Ｐｐ・Ａｐ）という下向き力が発生する。これにより、リフトシリンダー３，３の出力は（Ｐｂ・Ａｂ）−（Ｐｐ・Ａｐ）となる。ここで、下向き力（Ｐｐ・Ａｐ）は、ピストンが縮退するに連れて気室容積が増大することにより低減し、その初期値は、ここではボア側の気室に圧力Ｐｂを付加することによる上向き力（Ｐｂ・Ａｂ）の大きさと同じに設定されている。即ち、両方の出力が同じになるように、ピストン側の気室に封入する空気の圧力Ｐｐを選択してある。この結果、リフトシリンダー３，３の出力（Ｐｂ・Ａｂ）−（Ｐｐ・Ａｐ）は初期値を０とし、ピストンが縮退するに連れて増大し、最終的には（Ｐｂ・Ａｂ）に収束する特性になる。
【００２７】
図２中のＡ時点で落体１が落下を始めると、重力加速度により落下速度が増大する。Ｂ時点で落体１がリフトシリンダー３，３に接触すると、リフトシリンダー３，３が収縮を始める。リフトシリンダー３，３の初期出力は０であるため、リフトシリンダー３，３の収縮は衝撃を伴わずにスムーズに始まる。その後は、、リフトシリンダー３，３の収縮に伴って出力（Ｐｂ・Ａｂ）−（Ｐｐ・Ａｐ）が増大することにより、落下速度の増大が鈍る。そして、落下速度が所定の試験速度に達したＣ時点で、前記出力により重力加速度が完全に相殺され、以後、落下速度が試験速度に一定維持され、この間にタイヤが接地する。
【００２８】
このような脚落下試験方法によると、落体１がリフトシリンダー３，３に接触するＢ時点で、リフトシリンダー３，３の出力が、ボア側の気室に圧力Ｐｂを付加することによる上向き力（Ｐｂ・Ａｂ）に比して小さく、ここでは０に設定されているので、この接触時に衝撃が実質的に生じない。その後、リフトシリンダー３，３の出力が増大し、最終的にはボア側の気室に圧力Ｐｂを付加することによる上向き力（Ｐｂ・Ａｂ）に収束して、落体１の重力加速度を相殺しその落下速度を一定にするが、（Ｐｂ・Ａｂ）への移行がスムーズであるため、緩衝が終了し、リフトシリンダー３，３が本来の能力を発揮し始めるＣ時点でも衝撃は生じない。
【００２９】
即ち、ボア側の気室に圧力Ｐｂを付加することによる上向き力（Ｐｂ・Ａｂ）を相殺するのに必要な圧力でリフトシリンダー３，３のピストン側の気室に予め空気を封入しておくという、すこぶる簡単な緩衝策により、落体１がリフトシリンダー３，３に接触する際の衝撃を防止できる。その結果、接地に際して衝撃による出力の振れが収まるのを待つ必要がなくなり、リフトシリンダー３，３の全長短縮が可能になる。また、複雑な制御が不要なため、経済性の悪化を伴わない。
【００３０】
しかも、本実施形態では、チェック弁８，８によりリフトシリンダー３，３のピストン側の気室が膨脹したときに負圧とならないように大気が導入される。これによる利点は以下のとおりである。
【００３１】
リフトシリンダー３，３の収縮時、ピストン側が負圧にならず、大気圧に一定保持される。このため、ピストン側の出力変化（低下）が０となり、ボア側出力と合算した上向き力の収縮に伴う変化率を低減できる。これが第１の利点である。
【００３２】
第２の利点は、着陸完了後のジャンピングの抑制である。即ち、リフトシリンダー３，３の収縮が進み、タイヤが接地すると、脚収縮により落体１の運動エネルギーが吸収される。脚収縮による落体１の運動エネルギー吸収後は、脚２は伸長に転じ、落体１に上向きの運動エネルギーを与える。なぜなら、脚２は落体１の運動エネルギーを油の絞り効果と空気の圧縮によって吸収する構造であるため、圧縮された空気が動力となって伸長に転じ、落体１を押し上げるからである。この結果、落体１は、脚２から与えられる運動エネルギーとリフトシリンダー３，３から加えられる上向き力とにより、上昇下降のジャンピング運動を繰り返す。
【００３３】
実機では、着陸が完了し滑走が始まった時点でパイロットが揚力（リフトシリンダー３，３の上向き力に相当）を０又はマイナスに操作するため、着陸後のジャンピングは押さえ込まれる。落下試験においても、このジャンピングを早期に収束させることが、試験実行上からも脚強度上からも望ましい。そのためには、脚２により落体１の運動エネルギーが吸収された後は、速やかにリフトシリンダー３，３の上向き出力を低下させることが求められる。これを可能にするのがチェック弁８，８である。
【００３４】
即ち、リフトシリンダー３，３が伸長に転じると同時に、チェック弁８，８が閉じるため、ピストン側の空気は圧縮され、リフトシリンダー３，３の上向き出力は伸長と共に急速に減少して、ジャンピングが押さえ込まれるのである。
【００３５】
従来の試験装置では、図３に示すように、この押さえ込みのために、リフトシリンダー３，３のボア側の空気圧を大気開放する電動バルブ９、リフトシリンダー３，３とエアチャンバー４との接続回路を遮断する電動バルブ１０、更には着陸完了と同時にこれらを作動させる制御回路が必要とされていた。本実施形態では、シリンダー３，３のピストン側（伸長側）にチェック弁８，８を設けることにより、上記電動バルブ８，９及びその制御回路が不要になる。
【００３６】
上記実施形態では、リフトシリンダー３，３の初期出力を０としたが、ボア側の気室に圧力Ｐｂを付加することによる上向き力（Ｐｂ・Ａｂ）より小さい正の値であればよい。リフトシリンダー３，３のピストン側の気室に封入する空気の圧力を、前記上向き力に釣り合う値より小さく調節することにより、リフトシリンダー３，３の初期出力が増大側へ簡単に調節でき、この調節により、衝撃面では若干不利になるものの、緩衝ストロークや落下速度の調節が可能になる。
【００３７】
上記実施形態では又、落体１を自由落下させてリフトシリンダー３，３に接触させたが、大きな落下速度を必要としない場合は、リフトシリンダー３，３を初期状態から落体１に接触（連結を含む）させておくことができる。こうすれば、落体１の落下開始と共にシフトシリンダー３，３の収縮が始まるため、衝撃荷重はより効果的に抑制されることになる。
【００３８】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明の脚落下試験方法は、航空機脚を取り付けた落体を落下させて前記航空機脚のエネルギー吸収性能を評価する脚落下試験方法において、揚力を模擬した上向き力を前記落体に加える揚力模擬装置として、伸長方向に所定圧で加圧され、前記落体の落下時にその加圧力に抗して収縮するリフトシリンダーを用いると共に、リフトシリンダーへの落体の衝突衝撃を緩和する緩衝手段として、該リフトシリンダーの初期出力を軽減するべくそのシリンダーの収縮方向に作動流体を加圧封入することにより、制御機器を使用せずとも緩衝期にシリンダー出力を精度よく連続増大できるので、落体とリフトシリンダーの接触に伴う衝撃を十分に且つ経済的に低減できる。
【００３９】
また、本発明の脚落下試験装置は、航空機脚を所定速度で接地させるために、前記脚を保持して落下する落体と、落体の落下に伴って収縮するように落体の落下路に配置されたリフトシリンダーと、リフトシリンダーを伸長方向に定圧加圧する第１の加圧手段と、前記リフトシリンダーに対して作動流体を収縮方向に加圧封入する第２の加圧手段とを具備することにより、制御機器を使用せずとも緩衝期にシリンダー出力を精度よく連続増大でき、これにより落体とリフトシリンダーの接触に伴う衝撃を十分に且つ経済的に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す脚落下試験装置の構成図である。
【図２】同脚落下試験装置の機能を説明するためのタイムチャートである。
【図３】従来の脚落下試験装置の構成図である。
【図４】同脚落下試験装置の機能を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
１ 落体
２ 脚
３ リフトシリンダー
４ エアチャンバー
５ 緩衝体
６ 開閉弁
７，９ ポンプ
８ チェック弁
９，１０ 電動バルブ

Claims (3)

1. 航空機脚を取り付けた落体を落下させて前記航空機脚のエネルギー吸収性能を評価する脚落下試験方法において、揚力を模擬した上向き力を前記落体に加える揚力模擬装置として、伸長方向に所定圧で加圧され、前記落体の落下時にその加圧力に抗して収縮するリフトシリンダーを用いると共に、リフトシリンダーへの落体の衝突衝撃を緩和する緩衝手段として、該リフトシリンダーの初期出力を軽減するべくそのシリンダーの収縮方向に作動流体を加圧封入することを特徴とする脚落下試験方法。
2. 航空機脚を所定速度で接地させるために、前記脚を保持して落下する落体と、落体の落下に伴って収縮するように落体の落下路に配置されたリフトシリンダーと、リフトシリンダーを伸長方向に定圧加圧する第１の加圧手段と、前記リフトシリンダーに対して作動流体を収縮方向に加圧封入する第２の加圧手段とを具備することを特徴とする脚落下試験装置。
3. 前記リフトシリンダーに、前記作動流体が加圧封入される気室が負圧にならないように当該気室を大気開放するチェック弁を設けたことを特徴とする請求項２に記載の脚落下試験装置。

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