JPH04164231A

JPH04164231A - ブレード疲労試験装置

Info

Publication number: JPH04164231A
Application number: JP2288362A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Aoyama; 青山　良樹
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1990-10-29
Filing date: 1990-10-29
Publication date: 1992-06-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は、例えばヘリコプタ−のロータブレード等の疲
労強度試験に適用されるブレード疲労試験装置に関する
。

［従来の技術］例えばヘリコプタ−のロータブレード等の疲労強度試験
に適用されるブレード疲労試験機として、従来は例えば
第６図及び第７図に示すようなものを使用していた。

第６図では、ＩＯが被試験体であるブレードであり、こ
のブレード１０の他端を固定フレーム９に取付固定した
上で、反対側の一端を偏心クランク１３に取付ける。こ
の偏心クランク１３は支持台１２上に支持された連結ロ
ッド１１と連結されている。この偏心クランク１３をモ
ータ１４で回転駆動することにより、ブレード１０に交
番的に強制変位を与え、これによってブレード１０に弾
性変形を発生させるものである。ブレード１０の特定部
位には歪みセンサ６かセットされ、ブレード１０に発生
した変形を検知するもので、その検知信号は歪み増幅指
示器７で増幅され、指示出力される。また、モータ１４
はモータ制御部１５によって回転方向及び回転駆動力が
制御される。

このような構成の場合、ブレード１０の剛性が大きくな
ると、モータ１４は非常に大きな駆動パワーか必要とな
る。また、実際の飛行中のヘリコプタ−のロータブレー
ド等では、回転によって生じる遠心力によってブレード
の軸方向にも加重が作用するが、第６図に示すに示す試
験機では、この軸方向に働く加重を模擬することができ
なかった。

第７図に示す試験機はこの点を考慮して構成されたもの
であり、圧力センサを有する曲げ力アクチュエータ４と
は共に、圧力センサを有する軸力アクチュエータ５を固
定フレーム９に配設し、ヘリコプタ−のロータブレード
等に生じる空気力による曲げ力と回転に伴う遠心力によ
る軸力とを模擬することができる。ブレード１０にセッ
トされた歪みセンサ６の出力か歪み増幅指示器７で指示
出力されると共に、この歪み増幅指示器７から、曲げ力
アクチュエータ４、軸力アクチュエータ５の制御を行な
う制御部３に対して信号がフィードバックされる。しか
して、ブレード１０の剛性が大きい場合などは、曲げ力
アクチュエータ４も強大な駆動パワーが必要となるので
、曲げ力アクチュエータ４は軸力アクチュエータ５と共
に油圧源８からの油圧により駆動される大容量のものと
なる。

このため、設備費及び運転コストが非常に高くなってし
まうという問題があった。

なお、ヘリコプタ−のロータブレード等では飛行中にブ
レードに加わる曲げ力は回転数に応じて変動させる必要
があるのに対し、回転遠心力に対応する軸力は回転数の
変動がないかぎり一定であるため、軸力アクチュエータ
５の駆動パワーはほぼ一定であり、時間に対して変動さ
せる必要かなく、小さいものでよい。

［発明が解決しようとする課題］上記した如く第６図に示すような試験機の構成では、ブ
レード１０に軸力を負荷さぜることがてきない」二に、
ブレード１０の剛性が大きい場合はモータ１４の駆動パ
ワーか非常に大きくなり、設備費及び運転コストが極め
て高くなってしまう。

また、上記第７図に示す試験機では、ブレード】０に軸
力を負荷することはできるが、この軸力を負荷するため
にブレード１Ｇの曲げ方向の剛性が増大し、上記第６図
に示したものに比してさらに曲げ力アクチュエータ４の
駆動パワーが必要となり、より設備費及び運転コストが
高くなってしまう。

、本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、被試験体であるブレードに大
きな曲げ力を与えることなくその疲労強度試験を行なう
ことが可能なブレード疲労試験装置を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段及び作用］すなわち本発明
は、被試験体であるブレードに曲げ力を与える曲げ力ア
クチュエータと、上記プレートの軸方向の圧力を与える
軸力アクチュエータと、上記ブレードの弾性変形運動量
（変位、速度、加速度）を検知するセンサと、このセン
サの圧力から上記ブ１ノートの運動信号を算出する演算
器とを備え、この演算器で得られた運動信号により上記
曲げ力アクチュエータ及び軸力アクチュエータによる上
記ブレードの運動量を該ブレードの固有共振周波数に合
致させて加減制御することにより、曲げ力アクチュエー
タと軸力アクチュエータにそれほどの駆動パワーを必要
とせず、効率的にブレードの疲労強度試験を実行できる
。

［実施例］以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第１図はその構成を示すものであり、基本的には上記第
７図に示したものと同様であるため、同一部分には同一
符号を付すこととする。

同図において試験機は、床上に置かれた試験機の架橋と
も言うべき固定フレーム９、この固定フレーム９に取り
付けられてブレード１０に曲げ方向及び軸方向の荷重を
与える曲げ力アクチュエータ４と軸力アクチュエータ５
、軸力アクチュエータ５で発生した駆動力をブレード１
０に伝達する連結ロッド１】、連結ロッド１１のヒンジ
部分をサポートする支持台１２、上記曲げ力アクチュエ
ータ４及び軸力アクチュエータ５を油圧駆動する油圧源
８、歪みセンサ６の特定部位に取付けられた歪みセンサ
６及びセンサ１、歪みセンサ６の出力する検知信号を増
幅した後に指示出力する歪み増幅指示器７、歪み増幅指
示器７で得られた検知信号により上記曲げ力アクチュエ
ータ４及び軸力アクチュエータ５の駆動力を加減制御す
る制御部３、センサ１の出力する信号により演算を行な
意、得られた演算値信号を上記制御部３に送出するセン
サ信号演算器２から構成される。連結ロッド１１の両端
は、曲げ力アクチュエータ４の駆動力が軸力アクチュエ
ータ５に悪影響を与えないようにピン結合となっている
。

上記センサ１は、例えば曲げ力アクチュエータ４のブレ
ード１０取付位置近傍にセットされ、曲げ力アクチュエ
ータ４、軸力アクチュエータ５の駆動によってブレード
１０が弾性変形運動を生じた場合の変位、速度、加速度
を検出する。センサ１の検出した運動信号はセンサ信号
演算器２に送出される。センサ信号演算器２は、センサ
信号演算器２で得られた運動信号に応じた演算を行って
ブレード１０の弾性変形の度合を算出し、得られた結果
を上記制御部３に送出する。

上記のような構成にあって、センサｌの種別に応じてセ
ンサ信号演算器２が行なう演算の内容を第２図に示す。

すなわち、センサ１としてはその感知物理量によって変
位センサ、速度センサ及び加速度センサが使用されるが
、それらの種類に対応してセンサ信号演算器２の演算内
容が異なるが、いずれにしてもセンサ信号演算器２から
はブレード１０の運動に応じた変位、速度、加速度を示
す３信号が出力され、制御部３に送られることとなる。

このセンサ信号演算器２からの運動信号に対応した制御
部３の動作について以下に、述べる。

ブレード１０を本試験機にセットアツプした状態のモー
ダル質量、７□干−ダル減衰係数及びモーダル剛性を通
常のモーダル振動振動などによって最初に求めておく。

次に、センサ信号演算器２がセンサ１から運動信号によ
り曲げ力負前周波数が第３図に示す力制御時の固有振動
数ｆｎにほぼ一致するように制御部３の係数（ｇ＋＋ｇ
３）を決定する。

すなわち第３図において、Ｍニブレード１０がセットアツプされた状態のモーダル
質量Ｃニブレード１０がセットアツプされた状態のモーダル
減衰係数にニブレード１０がセットアツプされた状態のモーダル
剛性ｘ、ｘ、’ｘ：センサ１位置の変位、速度及び加速度Ｆ：アクチュエータ４の曲げ力Ｆｏ　：アクチュエータ４の曲げ力の振幅固定部分ｇ＋
・　ｇ２＋　　ｇ３　’係数ｆｎ：力制御時の固有振動数Ｑ：力制御時の共振倍率 ζ：力制御時の減衰比 π：円周率とした場合に、Ｍ　ｘ　＋　Ｃｘ　＋　Ｋ　ｘ　＝　Ｆ　　　　　　　
　　　　　　　・・・（１）Ｆ　−’　ｇ　ｌ　　Ｘ　
＋　ｇ　２　Ｘ　＋　ｇ　３　Ｘ　＋　Ｆ　Ｏ”’　（
２）ｆ　ｎ＝（１／２π）　　　　（Ｋ　　’ｇ＋　　
　　（Ｍ　　　ｇ３　）・・・（３）Ｑ＝１／２　ζ ＝　　（Ｍ　　ｇ３　Ｋ　　ｇ＋）／（Ｃｇ２）・・・
（４）となるもので、センサ信号演算器２は決定した係数（ｇ
＋、ｇ３）を制御部３に設定する。

その後、ブレード１０の標定箇所の目標とする歪みセン
サ６の出力を実現するために必要な曲げ力アクチュエー
タ４の静的な駆動力と、制御部３て曲げ力アクチュエー
タ４を制御するのに必要な動的な駆動力の振幅固定部分
（Ｆｏ）の比を力制御時の共振倍率Ｑにほぼ一致する程
度とするための係数（ｇ２）をセンサ信号演算器２が上
記（１）〜（４）式より算出し、これも制御部３に設定
する。

このように係数（ｇＩ２ｇ２・　ｇ３）を設定した状態
では、制御部３の制御により曲げ力アクチュエータ４、
軸力アクチュエータ５を駆動してブレード１０に荷重を
与えると、制御部３を含む制御系全体が共振状態となり
、曲げ力アクチュエータ４による小さな曲げ力でブレー
ド１０に大きな歪みを発生させることができる。

第４図はブレードＩＯに軸力アクチュエータ５によって
軸方向の荷重を与えた状態で曲げ力アクチュエータ４に
より曲げ力の荷重を加える場合の周波数とその結果ブレ
ード１０が歪むことによって得られる歪みセンサ６の出
力レベルとの対応特性を示す図である。同図中、Ａで示
す破線による特性は、上記第７図に示した従来の試験機
のものであり、ブレード１０の形状、剛性等によって試
験機にセットアツプされた状態の共振周波数とピーク値
は予め定まってしまい、そのピーク値も小さいものとな
る。これに比して本発明の試験機においては、Ｂ、Ｃと
実線で示す如く制御部３の係数の選択によって共振周波
数とピーク値とを、曲げ力アクチュエータ４と油圧源８
の容量で制限される一定の範囲内で自由に設定すること
ができる。したがって、曲げ力の負荷荷重周波数を設定
した共振周波数に一致させることによって、曲げ力アク
チュエータ４の駆動パワーをそれほど必要とせずに効率
的にブレード１０に歪みを発生させることができる。

また、共振周波数、すなわち曲げ力負前周波数を上記一
定の範囲内で高い値に設定することにより、所定の荷重
繰返し数に到達するために要する時間を短縮することが
でき、従来の試験機に比して試験時間を大幅に短縮する
ことが可能となる。

また、第５図は歪みセンサ６により検出されるブレード
１０で発生した歪みを示す図である。同図に示す如く、
従来の試験機で得られる歪みに比して本装置の試験機で
は、曲げ力アクチュエータ４を同一の力で駆動してもよ
り大きな歪み出力を検出することが可能となるため、効
率的にブレードの強度疲労試験を実行することができる
。

［発明の効果］以上に述べた如く本発明によれば、被試験体であるブレ
ードに曲げ力を与える曲げ力アクチュエータと、上記ブ
レードの軸方向の圧力を与える軸力アクチュエータと、
上記ブレードの弾性変形運動量（変位、速度、加速度）
を検知するセンサと、このセンサの出力から上記ブレー
ドの運動信号を算出する演算器とを備え、この演算器で
得られた運動信号により上記曲げ力アクチュエータ及び
軸力アクチュエータによる上記ブレードの運動量を該ブ
レードの固有共振周波数に合致させて加減制御するよう
にしたもので、ブレードに大きな曲げ力を与えることな
く効率的にその疲労強度試験を行なうことが可能なブレ
ード疲労試験装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る概略構成を示す図、第
２図は第１図のセンサ信号演算器による演算内容を示す
図、第３図は第１図の制御部比よる曲げ力制御の原理を
示す図、第４図及び第５図はブレードの歪み出力特性を
示す図、第６図及び第７図は従来のブレード疲労試験機
の構成を示す図である。１・・・センサ、２・・・センサ信号演算器、３・・・
Ｋｌｒ！制御部、４・・・曲げ力アクチュエータ、５・
・・軸力アクチュエータ、６・・歪みセンサ、７・・・
歪み増幅指示器、８・・・油圧源、９・・・固定フレー
ム、同・・・ブレード、１１・・・連結ロッド、１２・
・・支持台、１３・・・偏心クランク、１４・・・モー
タ、１５・・・モータ制御部。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦Ｉ　′Ｐ Δ０：ｔ−優１　ト Δ０

Claims

【特許請求の範囲】被試験体であるブレードに曲げ力を与える曲げ力アクチ
ュエータと、上記ブレードの軸方向の圧力を与える軸力アクチュエー
タと、上記ブレードの弾性変形運動量を検知するセンサと、このセンサの出力から上記ブレードの運動信号を算出す
る演算手段と、上記演算手段で得られた運動信号により上記曲げ力アク
チュエータ及び軸力アクチュエータによる上記ブレード
の弾性変形運動量を該ブレードの固有共振周波数に合致
させて加減制御する制御手段とを具備したことを特徴とするブレード疲労試験装置。