JP6912368B2 - 強度試験システム - Google Patents

Description

本発明は、航空機等の大型の構造体の機械的な強度及び剛性の評価を行うのに好適な強度試験システムに関する。

航空機の機体の機械的な強度及び剛性の評価を地上で行う試験では、実態の飛行状態を模擬するために試験体である機体の自重の影響を除く、つまり自重をキャンセルして無重力状態とした上で、実運用時の状態に相当する鉛直荷重、空力荷重等に相当する所定の静的な荷重が機体に加えられる。自重をキャンセルすることは、自重補正とも称される。なお、本願において、強度及び剛性を強度と総称する。

自重補正をするには、機体上に例えば数十〜数百程度の補正用の荷重を加える点を選定し、自重を配分する。
例えば特許文献１に示されるように、荷重点（Ｐ）に取り付けられるワイヤ（１１）に錘（１２）を繋ぐ。一方で、このワイヤ（１４）を架構（１５）に設けられた滑車（１３）に掛けることで、荷重点（Ｐ）に上向きの荷重を作用させる。

しかし、特許文献１は、滑車を介して錘を吊り下げており、試験中には錘が昇降するため、滑車には摩擦が不可避的に生じる。これにより、当初想定していた以上の摩擦力が影響すると、試験結果に誤差が生じる可能性がある。つまり、特許文献１の試験装置によれば、自重補正を行う構造に伴って、試験結果に誤差が生ずるおそれがある。また、ワイヤが滑車にこすれることによってワイヤが劣化するので、定期的にワイヤを交換する必要がある。したがって、荷重点が数十〜数百程度もあることを考慮すると、当該構造を保守する負担が大きくなる。

特許文献２は、加振装置の自重を相殺（キャンセル）することを目的として、天秤（５）の一端に加振装置をなすモータ（６）を取り付けるとともに、天秤（５）の他端にカウンタウェイト（７）を取り付けた試験装置を開示する。特許文献１の試験装置によれば、加振装置（６）が発する加振力のみを供試体（１１）に伝えることができる。
ところが、特許文献２は、試験の主体となる供試体（１１）の自重を相殺することについて何も考慮されていない。

特開２０１６−１６１４３６号公報 特開平４−０６４０３３号公報

そこで本発明は、自重補正を行うことに伴う試験結果の誤差を抑えるとともに、保守の負担を軽減できる強度試験システムを提供する。

本発明の強度試験システムは、機械的な強度試験の対象構造体の複数の箇所において、対象構造体に水平方向の試験荷重を加える水平荷重印加部と、対象構造体の複数の箇所において、対象構造体に鉛直方向の試験荷重を加える鉛直荷重印加部と、を備える。
それぞれの水平荷重印加部は、対象構造体に水平方向の試験荷重を加えるアクチュエータと、アクチュエータの自重に対応する荷重を有する錘と、アクチュエータと錘とを支持端を跨いで支持する第一天秤と、を備える。

本発明における強度試験システムは、対象構造体の自重を補正する自重補正部を備える第１形態と、自重補正部を備えない第２形態と、を包含する。
第１形態は、自重補正部が、配分された自重に対応する荷重を有する錘と、錘を支持する第二天秤を備える。
第２形態は、鉛直荷重印加部が、対象構造体の配分された自重に対応する荷重を考慮して鉛直方向の試験荷重を加える。

第１形態に係る本発明の強度試験システムは、第一天秤が、第一天秤をなす竿に対する支持点及び荷重の作用点の一方又は双方の位置が段階的に又は連続的に変位可能である、ことが好ましい。
また、第２形態に係る本発明の強度試験システムは、第二天秤が、第二天秤をなす竿に対する支持点及び荷重の作用点の一方又は双方の位置が段階的に又は連続的に変位可能である、ことが好ましい。

第１形態における本発明の強度試験システムは、第一天秤が、機械的な強度試験の待機状態において、支持点に対する竿の水平方向への回転が許容される、ことが好ましい。
また、第２形態における本発明の強度試験システムは、第二天秤が、機械的な強度試験の待機状態において、支持点に対する竿の水平方向への回転が許容される、ことが好ましい。

第一形態に係る本発明の強度試験システムは、対象構造体の水平方向の変位に応じて、第一天秤を支持する基礎に対する支持点の位置が変位可能である、ことが好ましい。
また、第二形態に係る本発明の強度試験システムは、対象構造体の水平方向の変位に応じて、第二天秤を支持する基礎に対する支持点の位置が変位可能である、ことが好ましい。

本発明の強度試験システムは、天秤構造をなす竿と支持点の間に摩擦は生じるものの、この摩擦はワイヤと滑車の間に生じる摩擦に比べて極めて小さい。したがって、本発明によれば、自重補正を行う構造に伴う試験結果の誤差を抑えることができる。

また、本発明の強度試験システムによれば、自重補正部及び水平荷重印加部の双方が天秤構造を用いているので、滑車を用いる載荷装置のように、ワイヤが滑車との摩擦により摩耗することがない。したがって、本発明によれば、部材の交換頻度を小さくできるので、保守の負担を軽減できる。

さらに、本発明の強度試験システムは、試験の対象構造体の自重補正だけでなく、試験荷重を加える水平荷重印加部の自重補正を行うことができる。したがって、本発明によれば、対象構造体を含む強度試験システムの全体としての自重を補正することによって、対象構造体の無重力状態を精度よく再現し、精度の高い試験結果を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係る強度試験システムの概略構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る強度試験システムの概略構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る強度試験システムを示す図であり、（ａ）は全体の概略構成を示し、（ｂ）は支持点が変位することによる錘の重量が変化することを示す図、（ｃ）は支持点、荷重負荷点の可動範囲例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る支持点を変化させる具体的な構造例を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る強度試験システムの概略構成を示す図である。 本発明の第５実施形態に係る強度試験システムの概略構成を示す図である。 本発明の第５実施形態に係る強度試験システムの必要性を説明する図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
第１実施形態に係る強度試験システム１は、図１に示すように、航空機１００の強度試験に適用されるものである。荷重を負荷する航空機１００の強度試験（載荷試験）では、航空機１００の機体の自重をキャンセルして無重力状態とした上で、実運用時の状態に相当する鉛直荷重、空力荷重等に相当する荷重を機体に加える。機体の自重をキャンセルするには機体を吊り上げるが、そのために自重補正部１０が用いられる。機体上に選定された例えば数十〜１００程度の荷重点Ｐ１の各々に、自重補正部１０により荷重が加えられる。なお、図１は、一部の荷重点Ｐ１だけが示されている。水平荷重印加部２０における荷重点Ｐ２、鉛直荷重印加部３０における荷重点Ｐ３も同様である。

強度試験システム１は、複数の自重補正部１０と、複数の水平荷重印加部２０と、複数の鉛直荷重印加部３０と、水平荷重印加部２０及び鉛直荷重印加部３０の動作を制御する制御部４０と、を備えている。

複数の荷重点Ｐ１のそれぞれに対応する自重補正部１０は、天秤を基本的な構成要素としており、竿１１と、竿１１を鉛直方向の下方から支持する支持点１３と、竿１１の一端側から吊り下げられるとともに胴体１０１に固定される吊ワイヤ１５と、竿１１の他端側から吊り下げられる錘１７と、を備える。自重補正部１０は、竿１１の他方側に吊り下げられる錘１７の鉛直方向の下向き荷重を、竿１１、支持点１３及び吊ワイヤ１５を介して、胴体１０１の荷重点Ｐ１において上向きに作用させる。
なお、竿１１、支持点１３、吊ワイヤ１５及び錘１７が、本発明の第二天秤を構成する。

以上のようにして自重補正部１０は、荷重点Ｐ１に配分された自重の影響を除く。
竿１１及び支持点１３は必要な機械的な強度を有する材料、一例として金属材料としては構造用鋼などで構成される。

また、吊ワイヤ１５は、一例として数本〜数１０本の素線を単層または多層により合わせたストランドを、例えば６本を心綱の周りに所定のピッチでより合わせて作製される。

錘１７は、荷重点Ｐ１に配分された自重に対応する重量を有する。
錘１７は、重量を変更できるように、例えば、複数の鋼板を積層して構成することが好ましく、必要な枚数の鋼板を積層することにより配分された自重に対応する。水平荷重印加部２０の錘２７も同様である。

図１に示す例では、胴体１０１の先端側、胴体１０１の中間及び胴体１０１の後端側のそれぞれに自重補正部１０を設けているが、これはあくまで一例にすぎず、実際の航空機１００の強度試験においては、他の複数の部位にも自重補正部１０が設けられる。

［水平荷重印加部２０］
水平荷重印加部２０は、自重補正部１０により自重が補正された航空機１００に、アクチュエータの本体部分が天秤に吊り下げられた状態で水平方向Ｈに試験荷重を加える。

水平荷重印加部２０は、竿２１と、竿２１を鉛直方向Ｖの下方から支持する支持点２３と、竿２１の一端側から吊り下げられる吊ワイヤ２５と、吊ワイヤ２５に支持されるアクチュエータ２６と、竿２１の他端側から吊り下げられる錘２７と、を備える。竿２１はアクチュエータ２６と錘２７とを支持点２３を跨いで支持する。なお、竿２１、支持点２３、吊ワイヤ２５及び錘２７が、本発明の第一天秤を構成する。

アクチュエータ２６は、例えば油圧シリンダから構成され、シリンダチューブ２６Ａと、シリンダチューブ２６Ａに対して進退移動するピストンロッド２６Ｂと、を備える。シリンダチューブ２６Ａが吊ワイヤ２５の先端に接続され、ピストンロッド２６Ｂの先端が航空機１００の荷重点Ｐ２に接続される。シリンダチューブ２６Ａと吊ワイヤ２５の接続、及び、ピストンロッド２６Ｂと航空機１００の接続は、ピン結合による。なお、ここではアクチュエータ２６の要素としてシリンダチューブ２６Ａとピストンロッド２６Ｂを示しているが、ピストンロッド２６Ｂと一体とされ、シリンダチューブ２６Ａの内部に配置されるピストンなどの他の要素を含んでいる。また、油圧シリンダとしては、単動型と復動型の双方を適用できるが、復動型を用いれば、航空機１００に水平方向Ｈに正・負の荷重を容易に加えることができる。

図１に示す例では、胴体１０１の先端、胴体１０１の中間及び垂直尾翼１０３のそれぞれに水平荷重印加部２０を設けているが、これはあくまで一例にすぎず、実際の航空機１００の強度試験においては、他の複数の部位にも水平荷重印加部２０が設けられる。次に説明する鉛直荷重印加部３０についても同様である。

［鉛直荷重印加部３０］
鉛直荷重印加部３０は、自重補正部１０により自重補正された航空機１００を、鉛直方向Ｖに支持された胴体１０１、主翼１０２に鉛直方向Ｖの試験荷重を加える。

鉛直荷重印加部３０は、水平荷重印加部２０のアクチュエータ２６と同様に、例えば油圧シリンダから構成され、シリンダチューブ３１Ａと、シリンダチューブ３１Ａに対して進退移動するピストンロッド３１Ｂと、を備えるアクチュエータ３１からなる。シリンダチューブ３１Ａの後端が図示を省略する基礎、例えば架構に接続され、ピストンロッド３１Ｂの先端が航空機１００に接続される。シリンダチューブ３１Ａと基礎の接続、及び、ピストンロッド３１Ｂと航空機１００の接続は、ピン結合による。その他、アクチュエータ３１はアクチュエータ２６と同様の構成を備える。

強度試験システム１は、水平荷重印加部２０及び鉛直荷重印加部３０に作動油を供給する油供給源５０を備える。油供給源５０は、作動油を蓄えており、この作動油は制御部４０からの指示により水平荷重印加部２０及び鉛直荷重印加部３０のそれぞれに必要な量だけ供給される。

［制御部４０］
制御部４０は、航空機１００の強度試験を行う際に、水平荷重印加部２０及び鉛直荷重印加部３０から航空機１００に負荷する荷重を制御する。この荷重の制御は、油供給源５０から水平荷重印加部２０及び鉛直荷重印加部３０に供給する作動油又は水平荷重印加部２０及び鉛直荷重印加部３０から油供給源５０に戻す作動油の量を調整することにより実行される。

［強度試験］
さて、強度試験システム１による航空機１００の強度試験は、補正荷重印加ステップと、試験荷重印加ステップと、を備える。以下、順に説明する。

［補正荷重印加ステップ］
補正荷重印加ステップは、航空機１００に設定された多数の荷重点Ｐ１のそれぞれに対して、対応する自重補正部１０により、錘１７の荷重が竿１１、吊ワイヤ１５を介して上向きに作用させることで、航空機１００の自重を補正する。

個々の荷重点Ｐ１には航空機１００の自重の影響を除くために必要な荷重が配分されており、それぞれの自重補正部１０はこの配分に応じた重量の錘１７が取り付けられる。

［試験荷重印加ステップ］
補正荷重印加ステップに引き続いて、試験荷重印加ステップが行われる。
試験荷重印加ステップは、制御部４０の指示に基づいて水平荷重印加部２０及び鉛直荷重印加部３０に供給する作動油または戻す作動油を調整することにより行われる。作動油の調整は、航空機１００の強度試験をするのに必要な所定の荷重を機体の適宜な位置に負荷するために行われる。

強度試験は、荷重条件が相違する複数の試験ケースからなり、水平荷重印加部２０及び鉛直荷重印加部３０により荷重が加えられる位置や荷重の大きさ等を含む荷重条件が試験ケース毎に定められている。
試験ケースに基づいて、例えば、主翼１０２に、上方への曲げ変形を生じさせる空力荷重を模擬した荷重が加えられる。

［効 果］
以上説明した強度試験システム１が奏する効果を説明する。
強度試験システム１は、竿１１，２１と支持点１３，２３の間に摩擦は生じるものの、この摩擦は吊ワイヤ１５，２５を滑車で支持する場合に吊ワイヤ１５，２５と滑車の間に生じる摩擦に比べて極めて小さいので、試験結果への摩擦の影響を無視できる。したがって、強度試験システム１によれば、自重補正を行う構造に伴う試験結果の誤差を抑えることができる。

また、強度試験システム１は、自重補正部１０及び水平荷重印加部２０の双方が天秤構造を用いているので、滑車を用いる載荷装置のように、吊ワイヤ１５，２５が摩擦により摩耗することがない。
したがって、強度試験システム１によれば、吊ワイヤ１５，２５の交換頻度を小さくできるので、保守の負担を軽減できる。

さらに、強度試験システム１は、対象構造体である航空機１００の自重補正だけでなく、強度試験を実行する水平荷重印加部２０の自重補正を行うことができる。したがって、強度試験システム１は、強度試験システム１の全体としての自重の影響を排除できるので、航空機１００の無重力状態を精度よく再現し、高い精度の試験結果を得ることができる。

［第２実施形態］
次に、図２を参照して本発明の第２実施形態に係る強度試験システム２を説明する。
強度試験システム２は、自重補正部１０を省く一方、自重補正部１０の機能を鉛直荷重印加部３０が担う点で、第１実施形態の強度試験システム１と異なる。
つまり、強度試験システム２は、天秤構造を用いて自重補正を行うのは、水平荷重印加部２０と、水平荷重印加部２０と航空機１００を接続する負荷治具のように水平荷重印加部２０及び鉛直荷重印加部３０の一方又は双方からの負荷ではその自重補正をできない部材である。

一方で、対象構造体である航空機１００の自重及び鉛直荷重印加部３０と航空機１００を接続する負荷治具などについては、上向きの試験荷重を負荷するための鉛直荷重印加部３０の荷重制御によって自重補正が行われる。この荷重制御は、試験荷重に加えて、航空機１００の配分された自重に対応する補正荷重を考慮して行われる。これにより、無重力状態が再現可能とされるので、強度試験システム２は無重力状態で試験荷重を印加することができる。
なお、航空機１００、鉛直荷重印加部３０及び鉛直荷重印加部３０と航空機１００を接続する負荷治具などの自重は、鉛直荷重印加部３０を介して図示を省略する基礎あるいは架構で負担される。

以上の強度試験システム２によれば、強度試験システム１で説明した効果に加えて、天秤構造を含む自重補正部１０を製作する作業及び設置する作業の負担をなくすことができるので、強度試験に要するコスト、設置スペース及び強度試験に要する期間を低減できる。
また、強度試験システム２によれば、荷重制御の対象が鉛直荷重印加部３０のアクチュエータ３１だけになり、自重補正部１０の荷重制御を省けるので、システム全体としての荷重制御が容易になる。

［第３実施形態］
次に、図３を参照して、本発明の第３実施形態に係る強度試験システム３を説明する。
強度試験システム３は、自重補正部１０及び水平荷重印加部２０における、竿１１，２１に対する支持点１３，支持点２３の位置を変位が可能である。なお、この位置が変位可能なのは、第１実施形態で説明した補正荷重印加ステップの間であり、試験荷重印加ステップにおいては変位が止められる。つまり、強度試験の待機状態において、支持点１３，支持点２３の変位が可能とされる。

強度試験システム３は、図３（ａ）に示すように、天秤構造を用いる点を含め、基本的な構成は強度試験システム１と同じであるから、以下では強度試験システム１との相違点を中心に説明する。また、ここでは強度試験システム１の構成を例にして第３実施形態を説明するが、強度試験システム２の構成に対しても第３実施形態を適用できる。後述する第４実施形態、第５実施形態についても同様である。

はじめに、図３（ｂ），（ｃ）を参照して、竿１１，２１に対する天秤構造の支持点１３，２３の位置を変位可能とすることによる、負荷する錘１７，２７の調整について説明する。ここでは、この天秤構造による補正荷重Ｆａを１０とし、補正するのに要する錘１７，２７の重量をＦｗとする。
図３（ｂ）の上段に示すように、支持点１３，２３の位置が竿１１，２１の中央Ｃにあり、アーム比が１：１だとすると、錘重量Ｆｗは１０とされる。なお、アーム比とは、支持点１３，２３から補正荷重Ｆａが作用する位置までの距離Ｄａと錘重量Ｆｗが作用する位置までの距離Ｄｗの比である。

例えば、図３（ｂ）の中段に示すように、補正荷重Ｆａが１０のままでアーム比を１：２とすれば、錘重量Ｆｗは５で足りる。このことは、以下の効果を示唆している。
つまり、補正荷重Ｆａが一定だとして、アーム比を変えることにより錘重量Ｆｗを低減、この例では半減できるので、錘１７，２７に要するコストを低減できるのに加えて、錘１７，２７を竿１１，２１に吊り下げる作業負担を軽減上できる。特に、自重補正部１０及び鉛直荷重印加部３０は多数の箇所に設けられるので、コスト低減の効果及び作業負担軽減の効果は大きい。

また、強度試験システム３は、実行される強度試験によっては、自重補正部１０のそれぞれが負担する補正荷重Ｆａ及び鉛直荷重印加部３０のそれぞれが負担する補正荷重Ｆａが変化する可能性がある。この場合に、錘重量Ｆｗを変えずに、支持点１３，２３の位置を変える、換言すればアーム比を変えることによって要求される補正荷重Ｆａを満足できる。例えば、錘重量Ｆｗが５で一定だとして、要求される補正荷重Ｆａが５であればアーム比を１：１にすればよく、また、要求される補正荷重Ｆａが１０であればアーム比を１：２にすればよい。この観点からも、支持点１３，２３の位置を変えることができれば、錘１７，２７に関するコストを低減できる。

ここで、実際には補正荷重Ｆａ、錘重量Ｆｗのバランスは竿１１，２１の自重によっても変化する。したがって、図３（ｂ）の下段に示すように、支持点１３，２３の位置を変えたことによる竿１１，２１の重量バランスの変化を考慮して、このアンバランス分の影響αを差し引いた重量を錘重量Ｆｗとして設定することになる。例えば、図３（ｂ）の下段の例では、錘重量Ｆｗが５−αとなる。

以上の例では竿１１，２１に対して支持点１３，２３の位置が変位可能であることにしているが、支持点１３，２３の他に、補正荷重Ｆａを負荷する位置Ｐａ又は錘重量Ｆｗを負荷する位置Ｐｗを変えることによっても、同様の効果が得られる。つまり、第３実施形態は、支持点１３，２３、荷重の作用点である位置Ｐａ及び位置Ｐｗの少なくとも一つを可変とすることを許容する。特に、支持点１３，２３、位置Ｐａ及び位置Ｐｗのすべてを可変とすれば、補正荷重Ｆａに対する錘重量Ｆｗの微調整が実現される。この場合、例えば図３（ｃ）に示すように、支持点１３，２３、位置Ｐａ及び位置Ｐｗのそれぞれの可動範囲が設定される。このように位置の微調整が可能となることによって、試験スペースの有効活用、治具との干渉などが発生した際の対応が容易にできるようになる。

次に、支持点１３，２３が変位可能である具体的な構造例のいくつかを図４に示す。
図４（ａ）は、Ｈ型鋼からなる竿１１，２１の長手方向にそれぞれが独立した複数の支持孔１１Ａを形成する例を示している。それぞれの支持孔１１Ａは、竿１１，２１のウェブ部分の表裏を貫通する。支持孔１１Ａには、支持ピン１１Ｂが竿１１，２１に対して回転可能に挿入される。この支持ピン１１Ｂには、支持点１３，２３を構成する他の部材が固定される。

図４（ａ）は、左端の支持孔１１Ａに支持ピン１１Ｂが挿入されているが、例えば、支持ピン１１Ｂを挿入するのを真ん中の支持孔１１Ａにしたり、支持ピン１１Ｂを挿入するのを右端の支持孔１１Ａにしたりすることにより、支持点１３，２３の位置を変えることができる。つまり、複数の支持孔１１Ａが設けられる範囲で、支持点１３，２３の位置を段階的に変えることができる。

図４（ｂ）は、支持点１３，２３の位置を変える作業を容易にできる構造を示している。つまり、図４（ｂ）に示される構造は、図４（ａ）のように独立した支持孔１１Ａを設けるのではなく、竿１１，２１の長手方向に連通する変位スリット１１Ｃを設ける。そして、この変位スリット１１Ｃの上縁Ｕに支持ピン１１Ｂが係合される複数の支持溝１１Ｄが設けられる。

図４（ｂ）の構造例によれば、支持ピン１１Ｂが変位スリット１１Ｃを通って任意の支持溝１１Ｄに移動できるので、支持ピン１１Ｂを抜き挿しすることなく、支持点１３，２３の位置を段階的に変えることができる。

図４（ｃ）は、支持点１３，２３の位置を変える作業をさらに容易にできる構造を示している。つまり、図４（ｃ）に示される構造は、竿１１，２１の長手方向に連通する変位スリット１１Ｃを設け、さらに変位スリット１１Ｃの上縁Ｕ及び下縁Ｌのそれぞれにレール１１Ｅ，１１Ｅを設ける。そして、レール１１Ｅ，１１Ｅのそれぞれを摺動するスライダ１１Ｆ，１１Ｆを設けるとともに、スライダ１１Ｆ，１１Ｆの間に支持ピン１１Ｂが支持されている。また、スライダ１１Ｆ，１１Ｆは、水平方向Ｈの両側にストッパ１１Ｇ，１１Ｇが設けられることにより、水平方向Ｈへの変位が阻止される。ストッパ１１Ｇ，１１Ｇは、スライダ１１Ｆ，１１Ｆを変位する際には取り外されるが、所定の位置まで変位した後に取り付けられる。

図４（ｃ）の構造例によれば、ストッパ１１Ｇ，１１Ｇを取り外してから、スライダ１１Ｆ，１１Ｆとともに支持ピン１１Ｂを移動できるので、支持点１３，２３の位置を容易に変えることができる。しかも、図４（ｃ）の構造例によれば、レール１１Ｅ，１１Ｅが設けられる範囲ので連続的に位置を変えて支持ピン１１Ｂを固定できるので、アーム比を弾力的に設定できる。
図４（ｃ）の構造例を採用する場合には、レール１１Ｅ，１１Ｅに目盛りを付けることにより、スライダ１１Ｆ，１１Ｆ、つまり支持点１３，２３の位置を正確に設定することができる。

以上、図４を参照して支持点１３，２３の位置を変える具体的な構造例を示したが、これはあくまで例示にすぎず、ダブルチャンネル断面の部材を用いるなど、他の構造を本発明に適用できることは言うまでもない。
また、支持孔１１Ａ、変位スリット１１Ｃを設けることによる強度不足を補うために、ダブリング補強、リブ設置などの補強手段を採用してもよい。

［第４実施形態］
次に、図５を参照して、本発明の第４実施形態に係る強度試験システム４を説明する。
強度試験システム４は、自重補正部１０及び水平荷重印加部２０が備える天秤構造の竿１１，２１を水平方向Ｈにも回転可能とすることによって、天秤構造の設置位置の調整を可能とする。なお、この水平方向Ｈにも回転可能なのは、第１実施形態で説明した補正荷重印加ステップの間であり、試験荷重印加ステップにおいては回転が止められる。つまり、強度試験の待機状態において、竿１１，２１を水平方向Ｈの回転が可能とされる。

天秤構造は、支持点１３，２３における竿１１，２１の可動方向は、通常、図５（ａ），（ｂ）に示すように、鉛直方向Ｖの特定の平面内の回転に限られる。これに対して、強度試験システム４は、図５（ａ），（ｃ）に示すように、鉛直方向Ｖに加えて水平方向Ｈにも回転可能とされる。ただし、上述したように、試験荷重印加ステップの間には、竿１１，２１の水平方向Ｈの回転は止められる。
水平方向Ｈにも竿１１，２１を回転可能にする手段は任意であるが、支持点１３，２３と竿１１，２１を例えばユニバーサルジョイントなどで連結すればよい。ただし、竿が部材軸回りに回転するような不安定状態は回避するなど、必要に応じて回転を拘束する方向があってもよい。

強度試験システム４によれば、竿１１，２１が水平方向Ｈにも回転可能であり、竿１１，２１の水平方向Ｈの位置を変えることができるので、自重補正部１０及び水平荷重印加部２０の周囲に置かれる試験冶具・機器類を避けるように水平方向Ｈにおける竿１１，２１の位置を設定できる。これにより、強度試験システム４によれば、自重補正部１０及び鉛直荷重印加部３０の周囲のスペースを有効利用できるので、試験スペースの低減を図ることができる。

［第５実施形態］
次に、図６及び図７を参照して、本発明の第５実施形態に係る強度試験システム５を説明する。
強度試験システム５は、自重補正部１０及び水平荷重印加部２０を構成する天秤構造について、航空機１００が水平方向Ｈにも動く場合に、吊ワイヤ１５，２５に作用する横力をゼロとすることを可能とする。

航空機１００の強度試験において、航空機１００は機体の自重補正のために荷重を印加する方向、つまり鉛直方向Ｖだけでなく、３次元的に変位することがあり、これにより、図６（ａ）に示すように、自重補正方向と直交する方向、つまり水平方向Ｈに変位Ｈｄが生ずる。そうすると、図７（ａ）に示すように、吊ワイヤ１５，２５に鉛直方向Ｖに対して角度βがついてしまう。したがって、吊ワイヤ１５，２５には、鉛直方向Ｖの縦力Ｆｙだけでなく、角度βに応じた横力Ｆｘが作用することになる。この横力Ｆｘは対象構造体である航空機１００の強度試験において想定外の力である。

横力Ｆｘの対策として、図７（ｂ）に示すように、吊ワイヤ１５，２５を長くすることによって、航空機１００の同じ変位量に対する角度βを小さくできる。しかし、吊ワイヤ１５，２５を長尺化した場合、試験装置が大規模なものになるとともに、横力Ｆｘも完全にゼロにすることができない。したがって、自重補正部１０及び水平荷重印加部２０を設ける箇所の数が多いほど、強度試験に対する影響は大きくなり、所望される本来の荷重の印加状態とは異なる状態を作り出してしまうことになる。

そこで、強度試験システム５は、図６（ａ），（ｂ）に示すように、支持点１３，２３を基礎Ｂに対して変位自在なスライド機構１４，２４を設ける。スライド機構１４，２４は、水平方向Ｈの全方位に対して変位が自在であり、このスライド機構１４，２４の変位に伴って、竿１１，２１を含む天秤構造の全体が基礎Ｂに対して変位する。このスライド機構１４，２４は、航空機１００が水平方向Ｈに変位するのに追従してその変位が生じるように構成される。
なお、スライド機構１４，２４による変位は、試験荷重印加ステップにおいてなされる。また、基礎Ｂは、図示を省略する架構または強度試験システムが設けられる床面が該当する。

強度試験システム５によれば、強度試験において航空機１００に水平方向Ｈの変位が生じると、これに追従して自重補正部１０及び水平荷重印加部２０が変位することで、航空機１００の変位を相殺する。これにより、自重補正部１０及び水平荷重印加部２０における天秤構造を構成する吊ワイヤ１５，２５に横力Ｆｘが発生するのを防ぐことができるので、不要な横力Ｆｘの影響を除いた強度試験の結果を得ることができる。しかも、強度試験システム５によれば、吊ワイヤ１５，２５を長尺化する必要がないので、鉛直方向Ｖにおける試験スペースを拡げる必要がない。

なお、以上ではスライド機構１４，２４が航空機１００の変位に追従して受動的に変位が生じることにしているが、航空機１００の変位の検知結果に基づいてスライド機構１４，２４を能動的に変位させることもできる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
例えば、本実施形態は対象構造体として航空機を例にしたが、本発明の試験対象は航空機に限るものではなく自重補正が必要な構造体に広く適用できる。

また、以上説明した実施形態では、全ての自重補正部、水平荷重印加部について天秤構造を採用する例を示したが、本発明はこれに限るものではなく、一部の自重補正部、水平荷重印加部については、天秤構造ではなく滑車を用いることもできる。

１，２，３，４，５ 強度試験システム
１０ 自重補正部
１１，２１ 竿
１１Ａ 支持孔
１１Ｂ 支持ピン
１１Ｃ 変位スリット
１１Ｄ 支持溝
１１Ｅ レール
１１Ｆ スライダ
１１Ｇ ストッパ
１３，２３ 支持点
１４，２４ スライド機構
１５，２５ 吊ワイヤ
１７，２７ 錘
２０ 水平荷重印加部
２６ アクチュエータ
２６Ａ シリンダチューブ
２６Ｂ ピストンロッド
３０ 鉛直荷重印加部
３１ アクチュエータ
３１Ａ シリンダチューブ
３１Ｂ ピストンロッド
４０ 制御部
５０ 油供給源
１００ 航空機
１０１ 胴体
１０２ 主翼
１０３ 垂直尾翼

Claims (9)

1. 機械的な強度試験の対象構造体の複数の箇所において、前記対象構造体に水平方向の試験荷重を加える水平荷重印加部と、
   前記対象構造体の複数の箇所において、前記対象構造体に鉛直方向の試験荷重を加える鉛直荷重印加部と、を備え、
   それぞれの前記水平荷重印加部は、
   前記対象構造体に前記水平方向の試験荷重を加えるアクチュエータと、前記アクチュエータの自重に対応する荷重を有する錘と、前記アクチュエータと前記錘とを支持点を跨いで支持する第一天秤と、を備える、
   ことを特徴とする強度試験システム。
2. 前記対象構造体の配分された自重に対応する荷重を前記対象構造体に鉛直方向の上向きに加える自重補正部を備え、
   前記自重補正部は、
   配分された前記自重に対応する荷重を有する錘と、前記錘を支持する第二天秤と、を有する、
   請求項１に記載の強度試験システム。
3. 前記鉛直荷重印加部は、
   前記対象構造体の配分された自重に対応する荷重を考慮して鉛直方向の試験荷重を加える、
   請求項１に記載の強度試験システム。
4. 前記第一天秤は、
   前記第一天秤をなす竿に対する前記支持点及び荷重の作用点の一方又は双方の位置が段階的に又は連続的に変位可能である、
   請求項１又は請求項２に記載の強度試験システム。
5. 前記第二天秤は、
   前記第二天秤をなす竿に対する前記支持点及び荷重の作用点の一方又は双方の位置が段階的に又は連続的に変位可能である、
   請求項２に記載の強度試験システム。
6. 前記第一天秤は、
   機械的な強度試験の待機状態において、前記支持点に対する前記竿の水平方向への回転が許容される、
   請求項４に記載の強度試験システム。
7. 前記第二天秤は、
   機械的な強度試験の待機状態において、前記支持点に対する前記竿の水平方向への回転が許容される、
   請求項５に記載の強度試験システム。
8. 前記第一天秤は、
   前記対象構造体の水平方向の変位に応じて、前記第一天秤を支持する基礎に対する前記支持点の位置が変位可能である、
   請求項４又は請求項６に記載の強度試験システム。
9. 前記第二天秤は、
   前記対象構造体の水平方向の変位に応じて、前記第二天秤を支持する基礎に対する前記支持点の位置が変位可能である、
   請求項５又は請求項７に記載の強度試験システム。

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