JP7078917B2 - 静翼の振動試験用治具 - Google Patents

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Description

本開示は、航空エンジン翼の振動試験を行う際に用いられる振動試験用治具に関わる。特に、航空エンジンのガイドベーン等の静翼の振動試験を行うのに好適な静翼の振動試験用治具に関するものである。
上記した航空エンジン翼の振動試験は、高サイクル疲労特性を評価するために実施される試験である。従来において、このような航空エンジン翼の振動試験に関するものとしては、例えば、特許文献1に記載された疲労試験装置がある。
この疲労試験装置は、航空エンジンにおけるファンブレード等の動翼の振動試験を行うための試験装置である。振動試験に際しては、翼根端部を固定した動翼の翼面に空気を衝突させる、いわゆるスポット加振が行われている。
一方、航空エンジンのガイドベーン等の静翼の振動試験には、例えば、電磁加振器の加振テーブルに静翼の両端部を固定して、静翼を面外方向に振動させる振動試験が想定される。
特許第5556678号公報
航空エンジンの静翼には、その運用中において、エンジン内部の圧力差や温度差やガス力や機体機動状態により生じるマニューバ荷重によって引張荷重及び圧縮荷重が作用するので、変形が発生する。このような変形が発生した場合には、静翼の共振振動数が変化する。
ここで、上記したように電磁加振器を使用して、航空エンジンの静翼の高サイクル疲労特性を評価するための振動試験を実施する場合、共振振動数によって連続加振が行われるので、この振動試験に上記した運用中の変形による共振振動数の変化に係る影響を取り込むことで、運用状態を模擬した振動試験を実現することができると考えられる。
そこで、このような航空エンジンの静翼の運用状態を模擬した振動試験を実現するための振動試験用治具の構築が望まれており、この問題を解決することが従来の課題となっている。
本開示は、上記したような従来の課題を解決するためになされたもので、静翼の高サイクル疲労特性を評価するための振動試験を行うに際して、実際の運用状態を模した試験の実施が可能であり、想定される変形状態を試験に供する静翼に発揮させることができる静翼の振動試験用治具を提供することを目的としている。
本開示の第1の態様は、静翼の高サイクル疲労特性を評価するための振動試験に用いる静翼の振動試験用治具であって、加振機の加振テーブル上に固定されるベースプレートと、前記静翼のスパン方向の一端部を固定した状態で前記ベースプレート上に固定される第1固定壁と、前記静翼のスパン方向の他端部を固定した状態で前記ベースプレート上にスライド可能に設置される移動壁と、前記静翼を通す開口を有し、該開口に静翼を通した状態で前記ベースプレート上において前記第1固定壁と前記移動壁との間に固定される第2固定壁と、前記移動壁及び前記第2固定壁の間に配置されて、前記静翼にスパン方向の荷重を付与する加力部と、を備えた構成としている。
本開示の静翼の振動試験用治具を用いて、航空エンジンの静翼の高サイクル疲労特性を評価するための振動試験を行うに際しては、まず、ベースプレートの第1固定壁及び移動壁に固定された静翼に加力部を接続して、荷重を付与可能とする。
次に、静翼を保持したベースプレートを加振機の加振テーブル上に固定する。続いて、加力部によって静翼にスパン方向の運用中の荷重当分の荷重を付与する。
次いで、加力部によって上記荷重を静翼に付与した状態で、加振機により加振テーブル上の静翼,加力部及びベースプレートを一体で振動させると、実際の運用状態を模した荷重を静翼に作用させたまま静翼を振動させ得ることとなる。
本開示に係る静翼の振動試験用治具では、静翼の高サイクル疲労特性を評価するための振動試験を行う場合に、実際の運用状態を模した試験の実施を実現でき、想定される変形状態を試験に供する静翼に発揮させることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
本開示の一実施形態に係る静翼の振動試験用治具を用いて静翼の振動試験を行っている状況を示す正面説明図である。 本開示の一実施形態に係る静翼の振動試験用治具を用いて静翼の振動試験を行っている状況を示す平面説明図である。 本開示の他の実施形態に係る静翼の振動試験用治具を用いて静翼の振動試験を行っている状況を示す正面説明図である。 本開示のさらに他の実施形態に係る静翼の振動試験用治具を用いて静翼の振動試験を行っている状況を示す正面説明図である。 本開示のさらに他の実施形態に係る静翼の振動試験用治具を用いて静翼の振動試験を行っている状況を示す正面説明図である。
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1A,1Bは、本開示の一実施形態に係る静翼の振動試験用治具を示している。この実施形態では、本開示に係る静翼の振動試験用治具が、航空エンジンのガイドベーン(静翼)の高サイクル疲労特性を評価するための振動試験に用いる振動試験用治具である場合を示している。
図1Aに示すように、この静翼の振動試験用治具1は、電磁加振機Sの上下に振動する加振テーブルT上に固定されるベースプレート2と、ガイドベーンVの翼根端部(スパン方向の一端部)Vrを固定した状態でベースプレート2上に固定される第1固定壁21と、ガイドベーンVの翼先端部(スパン方向の他端部)Vtを固定した状態でベースプレート2上に設置される移動壁3と、ベースプレート2上に固定される第2固定壁22を備えている。
この実施形態では、上下に振動する加振テーブルTを用いるので、ガイドベーンVは、その翼面を上下方向に向けた状態で第1固定壁21及び移動壁3に固定されている。
第1固定壁21は、ベースプレート2の一端部(図示左端部)に固定されている。一方、第2固定壁22は、ベースプレート2の他端部(図示右端部)に固定されている。
移動壁3は、第1固定壁21及び第2固定壁22の間に位置している。第1固定壁21,移動壁3及び第2固定壁22は、図1Bにも示すように、ベースプレート2上において左右上下にほぼずれることなく互いに同じライン上に並んで配置されている。
この場合、ベースプレート2上にレール31を設置すると共に、移動壁3の下端部に車輪32を配置することで、移動壁3をベースプレート2上で図示矢印方向にスライド可能としている。
なお、移動壁3をベースプレート2上でスライド可能とする手段としては、レール31及び車輪32のほか、リニアガイドや長孔がある。
また、この静翼の振動試験用治具1は、油圧ジャッキ(加力部)4及びロードセル(荷重測定部)5を備えている。油圧ジャッキ4及びロードセル5は、移動壁3及び第2固定壁22の間において互いに同一直線状に配置されている。
なお、加力部としては、油圧ジャッキ4の他にボルトによる締め込みがある。また、荷重測定部としては、ロードセル5の他に軸力測定ボルトを使用することができる。
つまり、この実施形態において、油圧ジャッキ4を作動させることによって、移動壁3を介してガイドベーンVに運用中に作用するスパン方向の荷重相当分の荷重を付与するようになっている。
そして、この実施形態において、上記のようにしてガイドベーンVが固定されるベースプレート2を電磁加振機Sの上下に振動する加振テーブルTに取り付けて、航空エンジンの静翼の高サイクル疲労特性を評価するための振動試験を行うようにしている。
なお、加振テーブルTに対するベースプレート2の取り付けは、テーブル備え付けのボルト等を用いて成されるようになっており、特別な取り付け具は必要としない。
この実施形態による静翼の振動試験用治具1を用いて、静翼の高サイクル疲労特性を評価するための振動試験を行うに際しては、まず、ベースプレート2上の第1固定壁21にガイドベーンVの翼根端部Vrを固定すると共に、移動壁3にガイドベーンVの翼先端部Vtを固定する。
次いで、移動壁3及び第2固定壁22の双方に油圧ジャッキ4を接続して、移動壁3に荷重を付与可能とする。
次に、ガイドベーンVを保持したベースプレート2を電磁加振機Sの加振テーブルT上に固定する。続いて、油圧ジャッキ4を作動させて、移動壁3を介してガイドベーンVに運用中に作用するスパン方向の荷重相当分の荷重を付与する。
そして、上記荷重をガイドベーンVに付与した状態で、電磁加振機Sにより加振テーブルT上のガイドベーンV,油圧ジャッキ4及びベースプレート2を一体で上下方向に振動させると、実際の運用状態を模した荷重をガイドベーンVに作用させたまま振動させ得ることとなる。
この実施形態による静翼の振動試験用治具1において、実際の運用状態を模した試験の実施が可能となり、試験に供したガイドベーンVに想定される変形状態を発揮させ得ることとなる。
また、この実施形態による静翼の振動試験用治具1において、第1固定壁21,第2固定壁22及び移動壁3に加えて、加力部である油圧ジャッキ4までベースプレート2上に配置しているので、ガイドベーンVに付与する荷重に関してベースプレート2が内力系になる。その結果、電磁加振機Sの損傷や加振テーブルTの変形を回避し得ることとなる。
さらに、この実施形態による静翼の振動試験用治具1において、油圧ジャッキ4からガイドベーンVに付与する荷重を測定するロードセル5を備えているので、実際の運用状態を模した荷重がガイドベーンVに付与されていることを確認し得ることとなる。
この実施形態では、上下に振動する加振テーブルTを用いているので、ガイドベーンVは、その翼面を上下方向に向けた状態で第1固定壁21及び移動壁3に固定される。なお、水平方向に振動する加振テーブルTを用いる場合には、ガイドベーンVの翼面を加振テーブルTの振動方向に向かせることで、同様の試験を行うことができる。
図2は、本開示の他の実施形態に係る静翼の振動試験用治具を示している。この実施形態においても、本開示に係る静翼の振動試験用治具が、航空エンジンのガイドベーン(静翼)の高サイクル疲労特性を評価するための振動試験に用いる振動試験用治具である場合を示している。
図2に示すように、この静翼の振動試験用治具1Aが、図1A,1Bに示した先の実施形態に係る振動試験用治具1と相違するところは、ベースプレート2A上でスライド可能な移動壁3Aをベースプレート2Aの他端部(図示右端部)に配置した点と、第2固定壁22AにガイドベーンVを通す開口22Aaを形成した点と、この第2固定壁22Aを第1固定壁21Aと移動壁3Aとの間に配置した点にある。この際、油圧ジャッキ4及びロードセル5を移動壁3A及び第2固定壁22Aの間に配置した点は先の実施形態に係る振動試験用治具1と同じである。
この実施形態による静翼の振動試験用治具1Aを用いて、静翼の高サイクル疲労特性を評価するための振動試験を行うに際しては、まず、ベースプレート2Aの第2固定壁22Aの開口22AaにガイドベーンVを通した後、第1固定壁21AにガイドベーンVの翼根端部Vrを固定すると共に、移動壁3AにガイドベーンVの翼先端部Vtを固定する。
次いで、移動壁3A及び第2固定壁22Aの双方に油圧ジャッキ4を接続して、移動壁3Aに荷重を付与可能とする。
次に、ガイドベーンVを保持したベースプレート2Aを電磁加振機Sの加振テーブルT上に固定する。続いて、油圧ジャッキ4を作動させて、移動壁3Aを介してガイドベーンVに運用中に作用するスパン方向の荷重相当分の荷重を付与する。
そして、上記荷重をガイドベーンVに付与した状態で、電磁加振機Sにより加振テーブルT上のガイドベーンV,油圧ジャッキ4及びベースプレート2Aを一体で上下方向に振動させると、実際の運用状態を模した荷重をガイドベーンVに作用させたまま振動させ得ることとなる。
この実施形態による静翼の振動試験用治具1Aにおいても、実際の運用状態を模した試験の実施が可能となり、試験に供したガイドベーンVに想定される変形状態を発揮させ得ることとなる。
また、この実施形態による静翼の振動試験用治具1Aにおいても、第1固定壁21A,第2固定壁22A及び移動壁3Aに加えて、加力部である油圧ジャッキ4までベースプレート2A上に配置しているので、ガイドベーンVに付与する荷重に関してベースプレート2Aが内力系になる。その結果、電磁加振機Sの損傷や加振テーブルTの変形を回避し得ることとなる。
さらに、この実施形態による静翼の振動試験用治具1Aにおいて、油圧ジャッキ4からガイドベーンVに付与する荷重を測定するロードセル5を備えているので、実際の運用状態を模した荷重がガイドベーンVに付与されていることを確認し得ることとなる。
さらにまた、この実施形態による静翼の振動試験用治具1Aでは、移動壁3Aをベースプレート2Aの他端部に配置したうえで、第2固定壁22Aを第1固定壁21Aと移動壁3Aとの間に配置している。したがって、先の実施形態に係る振動試験用治具1と比べて、スパンの長い静翼の振動試験にも対応し得ることとなる。
図3は、本開示のさらに他の実施形態に係る静翼の振動試験用治具を示している。この実施形態においても、本開示に係る静翼の振動試験用治具を航空エンジンのガイドベーン(静翼)の高サイクル疲労特性を評価するための振動試験に用いる場合を示している。
図3に示すように、この静翼の振動試験用治具1Bが、図2に示した先の実施形態に係る振動試験用治具1Aと相違するところは、第1固定壁21BとガイドベーンVを通す開口22Baを有する第2固定壁22Bとの間にも油圧ジャッキ4及びロードセル5を配置した点にある。他の構成は先の実施形態に係る振動試験用治具1Aと同じである。
この実施形態による静翼の振動試験用治具1Bを用いて、静翼の高サイクル疲労特性を評価するための振動試験を行うに際しては、第2固定壁22Bの開口22Baに通したガイドベーンVの翼根端部Vrを第1固定壁21Bに固定すると共に、移動壁3BにガイドベーンVの翼先端部Vtを固定する。
この後、移動壁3B及び第2固定壁22Bの双方に油圧ジャッキ4を接続して、移動壁3Bに荷重を付与可能とする。加えて、第1固定壁21Bと第2固定壁22Bとの間にも油圧ジャッキ4を接続する。
次に、ガイドベーンVを保持したベースプレート2Bを電磁加振機Sの加振テーブルT上に固定する。続いて、第2固定壁22Bの両側の油圧ジャッキ4をそれぞれ同量作動させて、移動壁3Bを介してガイドベーンVに運用中に作用するスパン方向の荷重相当分の荷重を付与しつつ、第2固定壁22Bにも荷重を付与する。
そして、上記荷重をガイドベーンVに付与した状態で、電磁加振機Sにより加振テーブルT上のガイドベーンV,油圧ジャッキ4及びベースプレート2Bを一体で上下方向に振動させると、実際の運用状態を模した荷重をガイドベーンVに作用させたまま振動させ得ることとなる。
この実施形態による静翼の振動試験用治具1Bにおいても、実際の運用状態を模した試験の実施が可能となり、試験に供したガイドベーンVに想定される変形状態を発揮させ得ることとなる。加えて、第1固定壁21B,第2固定壁22B,移動壁3B及び油圧ジャッキ4をベースプレート2B上に配置しているので、ガイドベーンVに付与する荷重に関してベースプレート2Bが内力系になる。その結果、電磁加振機Sの損傷や加振テーブルTの変形を回避し得ることとなる。
また、この実施形態による静翼の振動試験用治具1Bにおいて、実際の運用状態を模した荷重がガイドベーンVに付与されていることを確認し得るうえ、先の実施形態に係る振動試験用治具1Aと同様に、スパンの長い静翼の振動試験にも対応し得ることとなる。
さらに、この実施形態による静翼の振動試験用治具1Bにおいて、移動壁3Bを介してガイドベーンVに運用中に作用するスパン方向の荷重相当分の荷重を付与する際に、この荷重と同程度の荷重を第2固定壁22Bにも付与するので、第2固定壁22Bに作用する力が相殺されることとなる。その結果、ベースプレート2B上における第2固定壁22Bの設計が容易なものとなる。
図4は、本開示のさらに他の実施形態に係る静翼の振動試験用治具を示している。この実施形態においても、本開示に係る静翼の振動試験用治具を航空エンジンのガイドベーン(静翼)の高サイクル疲労特性を評価するための振動試験に用いる場合を示している。
図4に示すように、この静翼の振動試験用治具1Cが、図1に示した先の実施形態に係る振動試験用治具1と相違するところは、ガイドベーンVを固定する第1固定壁21C及び移動壁3Cの双方に、互いに対向する固定斜面21Ca,3Caをそれぞれ形成した点にある。他の構成は先の実施形態に係る振動試験用治具1と同じである。
この実施形態による静翼の振動試験用治具1Cを用いて、静翼の高サイクル疲労特性を評価するための振動試験を行うに際しては、まず、ベースプレート2Cの第1固定壁21Cにおける固定斜面21CaにガイドベーンVの翼根端部Vrを固定すると共に、移動壁3Cの固定斜面3CaにガイドベーンVの翼先端部Vtを固定する。
このとき、第1固定壁21C及び移動壁3Cの各固定斜面21Ca,3Caが互いに対向しているので、第1固定壁21C及び移動壁3C間において、ガイドベーンVはベースプレート2Cに対して角度を持って固定される。
次いで、移動壁3C及び第2固定壁22Cの双方に油圧ジャッキ4を接続して、移動壁3Cに荷重を付与可能とする。
次に、ガイドベーンVを保持したベースプレート2Cを電磁加振機Sの加振テーブルT上に固定する。続いて、油圧ジャッキ4を作動させて、移動壁3Cを介してガイドベーンVに運用中に作用するスパン方向の荷重相当分の荷重を付与する。
そして、上記荷重をガイドベーンVに付与した状態で、電磁加振機Sにより加振テーブルT上のガイドベーンV,油圧ジャッキ4及びベースプレート2Cを一体で上下方向に振動させると、実際の運用状態を模した荷重をガイドベーンVに作用させたまま振動させ得ることとなる。
この実施形態による静翼の振動試験用治具1Cにおいて、実際の運用状態を模した試験の実施が可能となり、試験に供したガイドベーンVに想定される変形状態を発揮させ得ることとなる。
加えて、ベースプレート2Cに対して角度を持って固定されたガイドベーンVに、運用中に作用するスパン方向の荷重相当分の荷重を付与するので、ガイドベーンVのベースプレート2Cに対する角度を調整することで、航空エンジンの内部における取り付け位置によって異なる応力状態を再現し得ることとなる。
また、この実施形態による静翼の振動試験用治具1Cにおいて、第1固定壁21C,第2固定壁22C,移動壁3C及び油圧ジャッキ4をベースプレート2C上に配置しているので、ガイドベーンVに付与する荷重に関してベースプレート2Cが内力系になる。その結果、電磁加振機Sの損傷や加振テーブルTの変形を回避し得ることとなる。
さらに、この実施形態による静翼の振動試験用治具1Cにおいても、油圧ジャッキ4からガイドベーンVに付与する荷重を測定するロードセル5を備えているので、実際の運用状態を模した荷重がガイドベーンVに付与されていることを確認し得ることとなる。
本開示に係る静翼の振動試験用治具の構成は、上記した実施形態に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
本開示の第1の態様は、静翼の高サイクル疲労特性を評価するための振動試験に用いる静翼の振動試験用治具であって、加振機の加振テーブル上に固定されるベースプレートと、前記静翼のスパン方向の一端部を固定した状態で前記ベースプレート上に固定される第1固定壁と、前記静翼のスパン方向の他端部を固定した状態で前記ベースプレート上にスライド可能に設置される移動壁と、前記静翼を通す開口を有し、該開口に静翼を通した状態で前記ベースプレート上において前記第1固定壁と前記移動壁との間に固定される第2固定壁と、前記移動壁及び前記第2固定壁の間に配置されて、前記静翼にスパン方向の荷重を付与する加力部と、を備えた構成としている。
また、本開示の第2の態様は、静翼の高サイクル疲労特性を評価するための振動試験に用いる静翼の振動試験用治具であって、加振機の加振テーブル上に固定されるベースプレートと、前記静翼のスパン方向の一端部を固定した状態で前記ベースプレート上に固定される第1固定壁と、前記静翼のスパン方向の他端部を固定した状態で前記ベースプレート上にスライド可能に設置される移動壁と、前記ベースプレート上に固定される第2固定壁と、前記移動壁及び前記第2固定壁の間に配置されて、前記静翼にスパン方向の荷重を付与する加力部と、を備え、前記静翼を固定する第1固定壁及び移動壁には、互いに対向する固定斜面がそれぞれ形成されている構成としている。
本開示の第1,2の態様に係る静翼の振動試験用治具を用いて、航空エンジンの静翼の高サイクル疲労特性を評価するための振動試験を行うに際しては、まず、ベースプレートの第1固定壁及び移動壁に固定された静翼に加力部を接続して、荷重を付与可能とする。
次に、静翼を保持したベースプレートを加振機の加振テーブル上に固定する。続いて、加力部によって静翼にスパン方向の運用中の荷重当分の荷重を付与する。
次いで、加力部によって上記荷重を静翼に付与した状態で、加振機により加振テーブル上の静翼,加力部及びベースプレートを一体で振動させると、実際の運用状態を模した荷重を静翼に作用させたまま静翼を振動させ得ることとなる。
さらに、本開示の第の態様は、前記加力部から前記静翼に付与する荷重を測定する荷重測定部を備えている構成としている。
本開示の第の態様に係る静翼の振動試験用治具では、加力部から静翼に付与する荷重を測定する荷重測定部を備えているので、実際の運用状態を模した荷重が静翼に付与されていることを確認し得ることとなる。
1,1A~1C 静翼の振動試験用治具
2,2A~2C ベースプレート
3,3A~3C 移動壁
4 油圧ジャッキ(加力部)
5 ロードセル(荷重測定部)
21,21A~21C 第1固定壁
22,22A~22C 第2固定壁
B ガイドベーン(静翼)
Br 翼根端部(静翼のスパン方向の一端部)
Bt 翼先端部(静翼のスパン方向の他端部)
S 加振機
T 加振テーブ

Claims (3)

  1. 静翼の高サイクル疲労特性を評価するための振動試験に用いる静翼の振動試験用治具であって、
    加振機の加振テーブル上に固定されるベースプレートと、
    前記静翼のスパン方向の一端部を固定した状態で前記ベースプレート上に固定される第1固定壁と、
    前記静翼のスパン方向の他端部を固定した状態で前記ベースプレート上にスライド可能に設置される移動壁と、
    前記静翼を通す開口を有し、該開口に静翼を通した状態で前記ベースプレート上において前記第1固定壁と前記移動壁との間に固定される第2固定壁と、
    前記移動壁及び前記第2固定壁の間に配置されて、前記静翼にスパン方向の荷重を付与する加力部と、を備えた静翼の振動試験用治具。
  2. 静翼の高サイクル疲労特性を評価するための振動試験に用いる静翼の振動試験用治具であって、
    加振機の加振テーブル上に固定されるベースプレートと、
    前記静翼のスパン方向の一端部を固定した状態で前記ベースプレート上に固定される第1固定壁と、
    前記静翼のスパン方向の他端部を固定した状態で前記ベースプレート上にスライド可能に設置される移動壁と、
    前記ベースプレート上に固定される第2固定壁と、
    前記移動壁及び前記第2固定壁の間に配置されて、前記静翼にスパン方向の荷重を付与する加力部と、を備え
    前記静翼を固定する第1固定壁及び移動壁には、互いに対向する固定斜面がそれぞれ形成されている静翼の振動試験用治具。
  3. 前記加力部から前記静翼に付与する荷重を測定する荷重測定部を備えている請求項1又は2に記載の静翼の振動試験用治具。
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