低負荷衝撃試験法の開発と搭載機器への影響評価

• 研究課題/領域番号: 23K04234
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分24010:航空宇宙工学関連
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 波多 英寛 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 助教 (30381007)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2025年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2023年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 衝撃試験 / 衝撃 / 環境試験 / 加速度計測 / 衝撃応答スペクトル / モーメンタムトラップ / 衝撃伝播 / 宇宙機器

研究開始時の研究の概要

本研究では，搭載機器への影響評価として，レーザドップラー振動計と6軸力覚センサを用いた計測を行い，変位，速度，加速度，6軸力（3軸並進力，3軸モーメント）の結果より，変形を伴う破損の原因を検討する．さらに衝撃負荷を低減した衝撃試験方法として，
・衝撃通過後の運動を除去するモーメンタムトラップ法
・短時間複数打撃法
による衝撃応答スペクトルならびに搭載機器への影響を明らかにすることで，低負荷衝撃試験法の開発を行う．

研究実績の概要

ロケットや人工衛星には，分離やパドル展開に衝撃を発生させる火工品，非火工品が利用されるため，開発時には耐衝撃性が要求される．耐衝撃性は，衝撃応答スペクトルにて要求される衝撃試験を実施し，機器が損傷しないことで確認する．衝撃応答スペクトルは不可逆な計算の為、衝撃試験方法によっては宇宙機器に変形・破損を生ずるケースが発生する。そこで本研究では，宇宙機器の衝撃試験により発生する構造的な変形，損傷の原因を解明する為，衝撃負荷により発生する衝撃加速度と搭載機器に負荷される慣性力含む力，速度，変位の関係を解明し，搭載機器への影響を評価、ならびに衝撃負荷により発生する運動を低減させる衝撃試験方法を開発することを目的とする。
2023年度では、衝撃試験時に発生する衝撃が通過後にその運動量を除去するモーメンタムトラップ法を実施するための装置製作を行い、動作試験を実施した。動作試験はガス式衝撃試験機を用いて実施した。動作試験実施結果より一部動作や治具保持に不良はあったが修正・調整できる範囲であり、衝撃印加後、振り子は降りあがり治具より運動量を除去できていることを確認した。また、レーザードップラー振動計に変位計測ユニットを追加し、加速度と変位を同時に計測を実施し、機器が問題無く稼働し計測できることを確認した。今後はこれらを組み合わせた試験を実施し、効果の確認を行う。また、６軸力の計測・機器への影響評価、衝撃の負荷方法についても検討を行う予定である。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当初計画していた通り、モーメンタムトラップ法を用いた衝撃試験を実施するための装置製作を実施できており、またレーザードップラ振動計ならびに変位計測ユニットの準備実施までは行えている。ただし、それらを統合し、加速度，速度，変位計測ならびにモーメンタムトラップ法の調整は未実施であるため。

今後の研究の推進方策

2024年度では、モーメンタムトラップ法を用いた装置調整ならびにレーザードップラ振動計・変位計測ユニットを統合した試験を実施する予定である。また、６分力計測技術を確立し、これらの計測を統合した試験をダミーマスに対して実施し、衝撃による影響評価を行う予定である。