(57)【要約】  長手方向と円周方向の曲率を有する胴体構造（10）の試験装置は、その胴体構造に力を加える一群の手段（60、80）を備えている。この試験装置は、胴体構造の中心にあって長手方向に延びていて、その胴体構造（10）と連結される構成の中心軸（20）を備えている。力を加える一群の手段は、胴体構造と、中心軸（20）と連結した支持手段（70、90）の間に取り付けられている。この試験装置は、特に飛行機の胴体をテストするのに利用される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向と円周方向の曲率を有する胴体構造（10）をテストするため、その胴体構造に力を加える一群の手段（60、80）を具備する試験装置であって、
該試験装置が、前記胴体構造（10）の中心にあって長手方向に延びていて、前記胴体構造（10）と連結されるように構成された中心軸（20）を備えていることと、
前記力を加える一群の手段（60、80）が、前記胴体構造（10）と、前記中心軸（20）と一体化した支持手段（70、90）との間に取り付けられていること
を特徴とする試験装置。
【請求項２】
前記中心軸を前記胴体構造（10）の上端部（10a）と連結する構成の連結手段（30、40）を備えていて、前記力を加える一群の手段（60、80）が、前記胴体構造の下端部（10b）に力を加えることのできる構成であることを特徴とする、請求項1に記載の試験装置。
【請求項３】
前記支持手段が、力を加える第1のタイプの手段（60）を支持する構成の台座プレート（70）と、
土台（90）は、前記中心軸（20）に固定されていて、かつ、力を加える第2のタイプの手段（80）を支持するように構成された土台（90）を
備えることを特徴とする、請求項1または2に記載の試験装置。
【請求項４】
力を加える前記第1のタイプの手段（60）が、前記胴体構造（10）に捩じり力を加える構成であり、力を加える前記第2のタイプの手段（80）が、前記胴体構造（10）に引張力または圧縮力を加える構成であることを特徴とする、請求項3に記載の試験装置。
【請求項５】
力を加える前記第1のタイプの手段が、前記胴体構造の曲面の接線方向を向いた力を加える構成であることを特徴とする、請求項4に記載の試験装置。
【請求項６】
力を加える前記第1のタイプの手段が、水平軸に沿った力を加える構成の少なくとも1つのジャッキを備えていて、前記ジャッキが、前記両端部において、鉛直方向の軸線のまわりに軸回転できるように取り付けられていることを特徴とする、請求項5に記載の試験装置。
【請求項７】
前記力を加える一群の手段（60、80）が、前記の力を加える地点において負荷伝達リング（50）と連結していて、前記胴体構造（10）の下端部（10b）が、前記負荷伝達リング（50）に固定されていることを特徴とする、請求項1から6のいずれか1項に記載の試験装置。
【請求項８】
前記連結手段が、前記中心軸（20）の上端部（27）と連結した蓋（30）と、前記胴体構造（10）の上端部（10a）を固定する固定手段（40）を備えていることを特徴とする、請求項1から7のいずれか1項に記載の試験装置。
【請求項９】
前記固定手段（40）が、締め付けによって前記胴体構造（10）の上端部（10a）を保持する構成の外側リング（41）と内側リング（42）を備えることを特徴とする、請求項8に記載の試験装置。
【請求項１０】
前記中心軸（20）の上端部（27）に、前記中心軸（20）の軸線に平行に延びる一連の溝（28）を備えていて、前記一連の溝（28）が、前記蓋（30）の内面（30a）に設けられた相補的な一連の溝（31）に嵌まることを特徴とする、請求項8または9に記載の試験装置。
【請求項１１】
前記中心軸（20）と前記胴体構造（10）の間に配置される構成の圧力発生手段（100）をさらに備えることを特徴とする、請求項1から10のいずれか1項に記載の試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二重の曲率を有する胴体構造の試験装置に関する。
【０００２】
より詳細には、本発明は、二重の曲率、すなわち長手方向と円周方向の曲率を有する胴体構造について疲労と耐力の静的試験を実施できる試験装置を提供することを目的とする。
【背景技術】
【０００３】
実際には、このような胴体構造は、飛行機の胴体の後部または前部で実現するために一般に利用されている環状の胴体である。
【０００４】
力を加えるシステムから使用中の胴体構造が受ける応力に対応する応力を胴体構造に加えるのに、このような試験装置を用いることが知られている。応力は、一般に、構造体の長手方向に及ぼされる引張力および圧縮力と、構造体の周囲に沿った捩じり力と、飛行機の内部と外部の間に存在する圧力差に関係する圧力である。
【０００５】
例えば単純な曲率を持つ円筒タイプの構造に圧力と軸方向の力学的負荷を加えることのできる試験装置が知られている。それは例えば、M. LangonとC. Meyerの「胴体のようにカーブしたパネルをテストするときに固定する装置の開発」、CEAT、ICAF、1999年、745から753ページに記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしこのような試験装置は、飛行機の胴体構造が受ける実際の応力を維持した状態で二重の曲率を有する胴体構造に適用することはできない。
【０００７】
本発明は、前記の欠点を解決し、二重の曲率を有する胴体構造の試験装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
その目的で、長手方向と円周方向に曲率を有する胴体構造の試験装置は、胴体構造に力を加える一群の手段を備えている。
【０００９】
本発明によれば、この試験装置は、胴体構造の中心にあって長手方向に延びていて、その胴体構造と連結される構成の中心軸を備えている。力を加える一群の手段は、胴体構造と、中心軸と連結した支持手段の間に取り付けられている。
【００１０】
したがって本発明の試験装置は、胴体構造の中心に堅固な構造を実現するとともに、胴体構造に加わる応力を再現できる中心軸を備えている。
【００１１】
胴体構造の中心で応力を再現できるおかげでこの胴体構造の外側のスペースが自由に利用できる状態になるため、応力を受けている胴体構造を常時検査することができる。
【００１２】
本発明の一実施態様によれば、試験装置は中心軸を胴体構造の上端部と連結させる構成の連結手段を備えていて、力を加える手段は、胴体構造の下端部に力を及ぼす構成である。
【００１３】
この構成により、胴体構造の全体に捩じり応力または引張応力／圧縮応力を加えることができる。中心軸により、胴体構造の上端部と下端部の間に加わる応力を再現することができる。
【００１４】
本発明の一実施態様によれば、支持手段は、力を加える第1のタイプの手段を支持する構成の台座プレートと、中心軸に固定されていて力を加える第2のタイプの手段を支持する構成の土台を備えている。
【００１５】
したがって、加わる2つのタイプの力を分離できるため、加わるその力をテストの際に互いに独立に変えることができ、胴体構造に関する結果を、加えられる異なるタイプの力に関して互いに相関していない状態で分析することができる。
【００１６】
実際には、力を加える第1のタイプの手段は、胴体構造に捩じり力を加える構成であり、力を加える第2のタイプの手段は、胴体構造に引張力または圧縮力を加える構成である。
【００１７】
力を加える第1のタイプの手段は、胴体構造の曲面の接線方向を向いた力を加えられることが好ましい。
【００１８】
このようにして加えられた力は表面と同じ直線上（共線上colineaire）に留まることができるため、その表面を変形させることができる。
【００１９】
実際には、力を加える第1のタイプの手段は、少なくとも1つのジャッキを備えている。そのジャッキは、水平軸に沿って力を加える構成にされていて、両端の位置で鉛直軸のまわりに軸回転できるように取り付けられている。
【００２０】
ジャッキの両端がこのように軸回転可能に取り付けられているおかげで、胴体構造の表面に加わる捩じり力は、この表面が変位したり変形したりした後でさえ、この表面の接線方向の成分が常に保存される。実際には、力を加える手段は、胴体構造に規則的に力を加えることを目的として、その力を加える点において、負荷伝達リングと連結している。そのとき胴体構造の下端部が、この負荷伝達リングに固定されている。
【００２１】
本発明の他の特徴と利点は、以下の説明に現われることになろう。
【００２２】
添付の図面は例示として提示してある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図面を参照してこれから胴体構造の試験装置の一実施態様を説明する。
【００２４】
以下に説明する試験装置により、図1に示したような二重の曲率を有する胴体構造10をテストすることができる。
【００２５】
図1の矢印で示したように長手方向の曲率と円周方向の曲率を同時に持つ環状の胴体が問題である。
【００２６】
この試験装置は、このような構造について、疲労と、破壊に対する許容度の静的試験を行なうことができる。
【００２７】
一般に、この試験装置は、飛行機の構造が受ける応力、その中でも特に、長手方向の引張力または圧縮力、または長軸に対する捩じり力、または構造の内部と外部の圧力差に起因する圧力に対応する応力を加えることができる。
【００２８】
もちろん、こうしたタイプの力を組み合わせて胴体構造に及ぼせるようになっている必要がある。
【００２９】
図2と図3に、本発明の一実施態様による試験装置の全体を示してある。
【００３０】
現在のところ、二重の曲率を有する胴体構造の挙動は、単純な曲率を持つ構造に対する試験と数値シミュレーションの助けを借りて理解されている。
【００３１】
したがって二重の曲率を有する胴体構造の挙動を理解するためにその胴体構造で用いられる数値モデルが有効であることを確認したり較正したりするには、試験データが必要とされる。
【００３２】
以下に説明する試験装置により、新しい材料（金属と複合体）の挙動を評価・研究したり、新しい技術を研究することができる。
【００３３】
この試験装置は、原則として、胴体構造10の中心にあって長手方向に延びる中心軸20を備えている。
【００３４】
中心軸20は、地面に固定される台座21と、鉛直方向の棒状部材25を備えている。
【００３５】
台座21を特に図4に示してある。台座21は基部22を形成する部分を備えており、この基部22は、図3に示したような一連のネジ22aによって台座プレート70に固定されることになる。台座プレート70についてはあとで説明する。
【００３６】
台座21は外形が全体として円筒形であり、環状部21aを備えていて、環状部21aが、台座21の円筒形胴部24に対して肩部21bを形成している。力を加える手段の肩部21bへの取り付けについてはあとで説明する。
【００３７】
円筒形中央繰り抜き部21cによって台座21を軽くすることができる。
【００３８】
台座21の基部22とは反対側にある円板形端面23には、台座21を鉛直方向の棒状部材25と連結する手段が設けられている。この実施態様では、台座は、円板形端面23の直径に沿って延びる溝23bを備えている。この溝23bは、図7に示したような鉛直方向の棒状部材25の端面25aに設けられた相補的なリブ（図示せず）と協働する構成にされている。
【００３９】
もちろん、台座21と棒状部材25の間にこれとは逆の連結手段を設けることもできよう。あるいは胴体構造10に加わる応力に耐えられる強度を中心軸20の構造に与える他のタイプの連結手段を設けてもよい。
【００４０】
鉛直方向の棒状部材は、例えば直径が1mで高さが約4mである。もちろん、鉛直方向の棒状部材の高さは、テストする胴体構造の長さに応じて変えることができる。
【００４１】
台座21と鉛直方向の棒状部材25は、例えば鋳造製の構造体であり、機械加工されていて、胴体構造に加わる応力を支持、再現できる。
【００４２】
鉛直方向の棒状部材25は、一端27に連結手段30、40を備えていて、該連結手段30、40が、中心軸20を、胴体構造10の上端部10aと連結している。
【００４３】
図8からよくわかるように、連結手段は、中心軸20の上端部27と連結した蓋30を備えている。
【００４４】
中心軸20へのこの蓋30の固定は、胴体構造10に及ぼされる捩じり力と、引張力または圧縮力とに耐えられるよう十分に丈夫でなければならない。したがって中心軸20は、胴体構造が受ける応力を再現することができる。
【００４５】
そのためこの実施態様では、鉛直方向の棒状部材25の上端部27に、中心軸20の軸線と平行に延びる一連の溝28を備えていて、その一連の溝が、蓋30の内面30aに設けられた相補的な一連の溝31に嵌まる。
【００４６】
実際には、この蓋30は、全体の形状が円筒形の内部繰り抜き穴33を有する円筒形胴部32を備えている。この内部繰り抜き穴33の内面に相補的な溝31が設けられている。
【００４７】
これらの溝は、鉛直方向の棒状部材25の端部27に対する蓋30の捩じり応力を再現するのに特に適している。
【００４８】
引張／圧縮に関して中心軸20を蓋30と連結するため、一連の固定用ネジが、蓋30の底部と、鉛直方向の棒状部材25の端部27の末端部27aとの間に取り付けられている。
【００４９】
蓋30の外側には、蓋30の円筒形胴部32とフランジ36の間に配置された一連のリブ35も存在している。これらのリブ35により、蓋30の構造を強化することができる。
【００５０】
存在する力を考慮し、更に、蓋30を鉛直方向の棒状部材25と連結するための多数の固定手段が存在していることを考慮すると、中心軸は中実材料で実現することが重要である。
【００５１】
蓋30のフランジ36の下面には、胴体構造10の上端部10aを固定するための固定手段40が設けられている。
【００５２】
図9a、図9b、図10a、図10bからよくわかるように、この固定手段40は、外側リング41と内側リング42で構成されていて、胴体構造10の上端部10aを締め付けて保持する（特に図3を参照）。
【００５３】
より詳細には、固定用のリング41、42は、全体として円筒形である。固定用の外側リング41は、例えばフランジ43を備えている。このフランジ43は、蓋30のフランジ36と接触し、一連の固定用ネジによってフランジ36に固定される。このフランジ43からは、胴体構造10の上端部10aの外面と一致する形状の円錐台形部44が延びている。
【００５４】
同様に、固定用の内側リング42は、例えば固定用ネジで蓋30のフランジ36に固定されるフランジ45を備えている。このフランジ45からは、胴体構造10の上端部10aの内面と一致する形状の円錐台形部46が延びている。
【００５５】
したがって固定用のリング41、42が蓋30に固定されたとき、固定用の内側リング42が固定用の外側リング41の円錐台形部44の内側に延び、リングの円錐台形部44と46が胴体構造の上端部10aを挟むことができる。
【００５６】
胴体構造の下端部10bでは、負荷伝達リング50と連結した固定手段のおかげで同じ取り付け方が実現されている。
【００５７】
胴体構造10の下端部10bは、上部固定手段40と同様、互いに相補的で2つの円筒形環部の間に胴体構造10の下端部10bを保持するスペースを規定する2つのリング41と42の間に締め付けて保持することができる。
【００５８】
ここで特に図11と図12を参照し、力を加える手段60、80について説明する。力を加える手段60、80は、中心軸20と連結した支持手段に取り付けられている。
【００５９】
すでに指摘したように、この支持手段は、台座プレート70を備えている。その様子を図2によく見ることができ、この実施態様では台座プレート70は三角形である。
【００６０】
この台座プレート70は、力を加える第1のタイプの手段60を支持する構成にされている。力を加えるこの第1のタイプの手段は、ここでは胴体構造10に捩じり力を加える構成の手段である。
【００６１】
さらに、支持手段は、中心軸20（この実施態様では台座21）に固定された土台90を備えている。土台90は、力を加える第2のタイプの手段80を支持する構成にされている。力を加えるこの第2のタイプの手段は、ここでは胴体構造10に引張力または圧縮力を加える構成の手段である。
【００６２】
実際には、この実施態様では、捩じり力を加える構成の3つのジャッキ61が設けられている。これらのジャッキは、互いに120°の角度をなして配置された支持部材62に取り付けられて、三角形の台座プレート70の例えば頂点に固定されている。これらのジャッキは、例えばピストンのシャフトに沿って力を及ぼす水力ジャッキである。
【００６３】
ジャッキ61を台座プレート70にしっかりと固定するため、支持部材62は、台座プレート70に対して45°から80°傾いた2本の支柱62aを備えている。これらの支柱62aがなす角度は60°から90°である。
【００６４】
それと相補的になるよう、胴体構造10が固定される負荷伝達リング50は、図5aと図5bからよくわかるように、やはり互いに120°の角度をなして配置された3つの固定用部材58を有する。
【００６５】
負荷伝達リング50は平坦な形状であり、全体として三角形である。固定用部材58は、この三角形の頂点に配置されている。負荷伝達リング50はさらに、中心部に、中心軸20（特に台座21の円筒形胴部24）を通すことのできる円形開口部59を有する。
【００６６】
それぞれの水力ジャッキ61は、支持部材62と固定用部材58の間に水平に配置されている。各ジャッキ61のシャフトの一端は、例えばネジとUリンクによって固定用部材58と連結されている。
【００６７】
各ジャッキ61の他端も同様に取り付けられているため、ジャッキを支持部材62と連結することができる。Uリンクを用いたこの取り付けのおかげで、ジャッキの両端部は、支持部材62と固定用部材58に対する取り付け位置において、2本の鉛直な軸のまわりをそれぞれ回転できるようになっている。
【００６８】
したがってそれぞれの水力ジャッキ61から加えられる力によって負荷伝達リング50が回転移動すると、それに伴ってジャッキ61も軸回転するため、ジャッキ61は、胴体構造の表面の接線方向を向いた作用方向を維持する。
【００６９】
それぞれの水力ジャッキによって加えられる力は、ここでは、負荷伝達リング50が広がっている平面と同じ水平面内に及ぼされる。このようにして及ぼされる力は胴体構造の表面の接線方向を向いており、負荷伝達リングから等距離にある3つの点に及ぼされる捩じり力に対応する。したがってこの力は負荷伝達リング50に一様に及ぼされる。
【００７０】
捩じり力を胴体構造に及ぼすことのできるこれらの手段と同時に、負荷伝達リング50と土台90の間に配置された6つの水力ジャッキ81も設けられている。
【００７１】
図6aと図6bからよくわかるように、土台90は全体として円形リングの形状であり、その中心に、中心軸20（特に台座21の円筒形胴部24）を通すことのできる円形開口部91を有する。
【００７２】
土台90は、円筒形側部92と環状縁部93を備えている。
【００７３】
図3からよくわかるように、土台90は、環状縁部93が台座21の肩部21bの上に載っている。したがって円筒形側部92は、環状部21aおよび台座21の基部22との間にハウジングを規定する。このハウジングには、土台90を台座21に取り付けることのできる軸受が収容される。
【００７４】
土台90の環状縁部93には、鉛直方向を向いた6つのジャッキ81が、中心軸20の鉛直方向を向いた軸線のまわりに等間隔に配置されて取り付けられている。
【００７５】
したがってこれらの水力ジャッキ81は、円形をした土台90の上に互いに60°の角度をなして配置されている。
【００７６】
図12からよくわかるように、水力ジャッキ81は、シャフトの端部が、胴体構造10を支持する負荷伝達リング50に固定されている。
【００７７】
鉛直方向を向いたジャッキ81は土台90と負荷伝達リング50の間にこのように配置されているため、鉛直方向の引張力または圧縮力は、負荷伝達リング50を通じ、下端部10bがこの負荷伝達リング50に固定された胴体構造10に及ぼされる。加えられる力はしたがって胴体構造10の下端部10bに均等に分配される。
【００７８】
水平な水力ジャッキ61が三角形の支持プレート70にこのように取り付けられている一方で、鉛直方向を向いたジャッキ81が土台90にこのように取り付けられているおかげで、加わる引張力／圧縮力と捩じり力を互いに相関しないようにすることができる。
【００７９】
さらに、胴体構造10の内部と外部の間に存在する圧力差を再現してテストできるようにするため、圧力発生手段100が中心軸20と胴体構造10の間に配置されている。
【００８０】
この実施態様では、圧力発生手段100は、鉛直方向の棒状部材25と胴体構造10の間に位置する円錐台形構造100で構成されている。この円錐台形構造100と胴体構造10に挟まれたスペースは、加圧した空気を送ることによって、または水を満たした膨張可能な風船によって加圧することができる。
【００８１】
そのために加圧流体の入口101が設けられている。その位置は、円錐台形構造100の下部であることが好ましい。
【００８２】
したがって円錐台形構造100は、中心軸20と胴体構造に挟まれたスペースを減少することのできる収容部を形成する。
【００８３】
力を加えるさまざまな手段のおかげで、胴体構造の実際の挙動に対応するあらゆる力学的応力を胴体構造に加えることができる。
【００８４】
特に、以下のような最大応力を加えることができる。
【００８５】
【表１】
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【００８６】
さらに、装置について上に説明した考え方から、胴体構造10の外側のスペースが図2に示したように自由に利用できる状態であるため、胴体構造を外部から調べることができる。
【００８７】
胴体構造の固定を締め付けによって実現する場合には、胴体構造を容易に分解し、応力を加えた後にこの胴体構造の内部も調べることができる。
【００８８】
中心軸が台座と鉛直方向の棒状部材からなるモジュール構造になっているおかげで、特に鉛直方向の棒状部材を交換することで高さの異なるさまざまな胴体構造に合わせることができる。
【００８９】
さらに、従来のように非破壊検査法を利用し、胴体構造のさまざまな位置にあらかじめ配置したセンサーを用いると、テスト中に胴体構造を分解せずに済むことにも注意されたい。
【００９０】
このテスト法により、二重の曲率を有する胴体構造について、損傷に対する許容度と疲労の静的試験を行なうことができる。特に、ひずみゲージのおかげで記録される胴体構造10に加わる応力を測定し、胴体構造のあらゆる方向のあらゆる変位を観察することができる。
【００９１】
もちろん本発明が上に説明した実施態様に限定されることはない。
【００９２】
特に、捩じり力を加えるためと圧縮力または引張力を加えるために使用する水力ジャッキの数には制限がない。さらに、力を加える手段として、水力ジャッキ以外の手段も利用できよう。
【００９３】
さらに、胴体構造の両端を固定するのに、上に説明した締め付け以外の方法を利用することができよう。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】二重の曲率を有する胴体構造の斜視図である。
【図２】本発明の一実施態様による試験装置の概略を示す斜視図である。
【図３】図2に示した試験装置の縦断面図である。
【図４】図2に示した試験装置の中心軸の支持体の斜視図である。
【図５ａ】図2に示した試験装置の負荷伝達リングの斜視図である。
【図５ｂ】図2に示した試験装置の負荷伝達リングの上面図である。
【図６ａ】図2に示した試験装置の土台の斜視図である。
【図６ｂ】図2に示した試験装置の土台の断面図である。
【図７】図2に示した試験装置の中心軸の芯部の斜視図である。
【図８】図2に示した試験装置の連結用蓋の斜視図である。
【図９ａ】図2に示した試験装置の固定用外側リングの斜視図である。
【図９ｂ】図2に示した試験装置の固定用外側リングの断面図である。
【図１０ａ】図9aと図9bに示した固定用外側リングと協働する構成にされた固定用内側リングの斜視図である。
【図１０ｂ】図9aと図9bに示した固定用外側リングと協働する構成にされた固定用内側リングの断面図である。
【図１１】中心軸の芯部と胴体構造がない状態で上から見た図であり、力を加える手段の取り付け方を示している。
【図１２】図2に示した試験装置の部分縦断面図であり、力を加える手段の取り付け方を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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2009503482.tif 000021
2009503482.tif 000022
2009503482.tif 000023