(57)【要約】【課題】宇宙機用推薬タンク内部のメッシュ部の液圧破壊試験装置および試験方法を提供する。【解決手段】チャンネル部材の開口面にシーム溶着されたメッシュ部材の液圧破壊試験装置Ｍであって、ベース部材１０の上に載置され、試験片１８のメッシュ部材の面外変形を可能とする空間１１を備えた試験片保持台１２と、試験片保持台１２の上に載置され試験片１８の開口部周辺を押さえる水圧底板１３と、水圧底板１３の上に載置された膜部材と、膜部材の周縁を水圧底板１３との間で狭持するとともに試験片１８に向かって開口したシリンダ１５と、シリンダ１５に挿通されたピストン１６と、からなり、試験片保持台１２に保持された試験片１８のメッシュ部材に膜部材を介してシリンダ１５とピストン１６によって面外方向の液圧を付加する。【選択図】図２
2008261682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンネル部材の開口面にシーム溶着されたメッシュ部材の液圧破壊試験装置であって、
ベース部材の上に載置され、試験片のメッシュ部材の面外変形を可能とする空間を備えた試験片保持台と、
前記試験片保持台の上に載置され試験片の開口部周辺を押さえる水圧底板と、
前記水圧底板の上に載置された膜部材と、
前記膜部材の周縁を前記水圧底板との間で狭持するとともに試験片に向かって開口したシリンダと、
前記シリンダに挿通されたピストンと、からなり、
前記試験片保持台に保持された前記試験片の前記メッシュ部材に前記膜部材を介して前記シリンダとピストンによって面外方向の液圧を付加することを特徴とする宇宙機用推薬タンクの液圧破壊試験装置。
【請求項２】
前記膜部材は、厚さ０．２〜１．０ｍｍのゴムであることを特徴とする請求項１に記載の宇宙機用推薬タンクの液圧破壊試験装置。
【請求項３】
前記チャンネル部材の開口部の両端軸方向に設置される膜部材侵入防止部材を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の宇宙機用推薬タンクの液圧破壊試験装置。
【請求項４】
チャンネル部材の開口面にシーム溶着されたメッシュ部材の液圧破壊試験方法であって、
前記チャンネル部材のチャンネル面に液圧を作用させるための開口部を設ける試験片作成工程と、
前記チャンネル部材の開口部の両端軸方向に膜部材侵入防止部材を設置する工程と、
前記開口部から進入する可撓性の膜部材を介して、前記メッシュ部材に面外方向の液圧をシリンダによって付加する加圧工程と、
からなることを特徴とする宇宙機用推薬タンクの液圧破壊試験方法。
【請求項５】
前記加圧工程において、前記シリンダと前記膜部材の間に合成ゴム系接着剤を塗布することを特徴とする請求項４に記載の宇宙機用推薬タンクの液圧破壊試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、宇宙機用推薬タンクの液圧破壊試験装置および試験方法に関し、特に宇宙空間での無重力状態において推薬である液体を収納する大型タンクの液圧破壊試験装置および試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、人工衛星等の宇宙空間を航行する宇宙機用推薬タンクには、効率的に残量液体を排出するために球形タンクの内周にメッシュで覆われた液体通路（チャンネル）が形成されている（特許文献１参照）。
これらの液体通路、特にメッシュ部には、衛星運行中に、液体振動、スロッシング、面外圧力変動により、振動疲労破壊が生じる可能性が存在する。したがって、これらの推薬タンクは、振動疲労破壊に対する強度試験を行う必要があった。
しかし、従来は、実機により近い状態でチャンネル部材のメッシュ溶接部の破壊試験を実施するニーズはあったが、実施が困難であった。そこで、チャンネル部材のメッシュ溶接部に機械的荷重を負荷して破壊試験を実施していた。
【０００３】
例えば、図１１に示すようなチャンネル部材１の一部をカットして治具支持部２を形成し、メッシュ３をシーム溶接した試験片４を作成し、これを図１２に示すような破壊試験機５にセットし、チャンネル部材１に荷重バー６を挿通して、荷重Ｐを鋼球７を介して加える。試験片４は、荷重バー６と共に下降し、治具支持部２が治具８に当接した後は、メッシュ３に荷重が付加され破壊に至るまでの荷重を測定することができる。
【特許文献１】特開平９−２０２９９（第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、液体振動、スロッシング、面外圧力変動によるチャンネル部材のメッシュに付与される均一荷重を、機械式荷重で代替した場合には、機械式荷重付与のための圧子（押し治具）の形状の影響が避けられない。このため、機械式荷重では、完全に均一な荷重をメッシュに付与することは不可能であり、また、圧子の接触端部の集中荷重により圧力による均一荷重により得られる強度とは異なった値となる。したがって、上記した機械荷重負荷方式の破壊試験では、実際の宇宙空間で生じる破壊を再現することは困難であった。
また、より現実に近いと考えられる液圧式の振動疲労破壊方法は確立していなかった。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、宇宙機用推薬タンク内部のメッシュ部の液圧破壊試験装置および試験方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る液圧破壊試験装置および試験方法では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第１の発明に係る宇宙機用推薬タンクの液圧破壊試験装置は、チャンネル部材の開口面にシーム溶着されたメッシュ部材の液圧破壊試験装置であって、ベース部材の上に載置され、試験片のメッシュ部材の面外変形を可能とする空間を備えた試験片保持台と、前記試験片保持台の上に載置され試験片の開口部周辺を押さえる水圧底板と、前記水圧底板の上に載置された膜部材と、前記膜部材の周縁を前記水圧底板との間で狭持するとともに試験片に向かって開口したシリンダと、前記シリンダに挿通されたピストンと、からなり、前記試験片保持台に保持された前記試験片の前記メッシュ部材に前記膜部材を介して前記シリンダとピストンによって面外方向の液圧を付加することを特徴とする。
【０００７】
また、前記膜部材は、厚さ０．２〜１．０ｍｍのゴムであることを特徴とする。
また、前記チャンネル部材の開口部の両端軸方向に設置される膜部材侵入防止部材を備えることを特徴とする。
【０００８】
第２の発明に係る宇宙機用推薬タンクの液圧破壊試験方法は、チャンネル部材の開口面にシーム溶着されたメッシュ部材の液圧破壊試験方法であって、前記チャンネル部材のチャンネル面に液圧を作用させるための開口部を設ける試験片作成工程と、前記チャンネル部材の開口部の両端軸方向に膜部材侵入防止部材を設置する工程と、前記開口部の縁に膜部材破損防止材を設置する工程と、前記開口部から進入する可撓性の膜部材を介して、前記メッシュ部材に面外方向の液圧をシリンダによって付加する加圧工程と、からなることを特徴とする。
【０００９】
また、前記加圧工程において、前記シリンダと前記膜部材の間に合成ゴム系接着剤を塗布することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば以下の効果を得ることができる。
本発明に係る宇宙機用推薬タンクの液圧破壊試験装置は、ベース部材の上に載置され、試験片のメッシュ部材の面外変形を可能とする空間を備えた試験片保持台と、前記試験片保持台の上に載置され試験片の開口部周辺を押さえる水圧底板と、前記水圧底板の上に載置された膜部材と、前記膜部材の周縁を前記水圧底板との間で狭持するとともに試験片に向かって開口したシリンダと、前記シリンダに挿通されたピストンとからなり、前記試験片保持台に保持された試験片のメッシュ部材に膜部材を介して、前記シリンダとピストンによって面外方向の液圧を付加するので、実際に近い液圧破壊試験を行うことができる。
【００１１】
また、膜部材が厚さ０．２〜１．０ｍｍのゴムであるので、開口部から膨張して入り込み、シーム溶接したメッシュ部材に面外曲げ変形を起こさせることができる。
また、前記チャンネル部材の開口部の両端軸方向に膜部材侵入防止部材を設置したので、膜部材により確実にメッシュ部材に面外曲げ変形を起こさせることができる。
【００１２】
また、本発明に係る宇宙機用推薬タンクの液圧破壊試験方法は、チャンネル部材の開口面にシーム溶着されたメッシュ部材の液圧破壊試験方法であって、前記チャンネル部材のチャンネル面に液圧を作用させるための開口部を設ける試験片作成工程と、前記チャンネル部材の開口部の両端軸方向に膜部材侵入防止部材を設置する工程と、前記開口部の縁に膜部材破損防止材を設置する工程と、前記開口部から進入する可撓性の膜部材を介して、前記メッシュ部材に面外方向の液圧をシリンダによって付加する加圧工程とからなるので、実際に近い液圧破壊試験を行うことができる。
【００１３】
また、加圧工程において、シリンダと膜部材の間に合成ゴム系接着剤を塗布するので、液漏れを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る宇宙機用推薬タンクの液圧破壊試験装置および試験方法の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る液圧破壊試験装置を示す縦断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【００１５】
液圧破壊試験装置Ｍは、後述する衛星用推薬タンク６０のチャンネルメッシュ部材６１の耐久性を試験するための装置である。
液圧破壊試験装置Ｍは、ベース部材１０の上に載置され、後述する試験片１８のメッシュ部材２７（図７参照）の面外変形を可能とする空間１１を備えた試験片保持台１２と、試験片保持台１２の上に載置され試験片の開口部周辺を押さえる水圧底板１３と、水圧底板１３の上に載置された膜部材１４（図５参照）と、膜部材１４の周縁を水圧底板１３との間で狭持するとともに試験片に向かって開口したシリンダ１５と、シリンダ１５に挿通されたピストン１６等と、から構成されている。
【００１６】
ベース部材１０は、ボルト１７によって基礎に固定されている。
試験片保持台１２は、ほぼ中央に試験片のメッシュ部材の面外変形を可能とする空間１１を有し、この空間１１に架け渡すように試験片１８の両端を保持する凹溝１９を有している。
【００１７】
試験片保持台１２は、ボルト２０によってベース部材１０に固定される。
水圧底板１３は、中央に試験片に形成する開口部とほぼ等しい開口１３ａを有しており、試験片１８の開口部周辺を押さえる。また、開口１３ａは、上に設置されるシリンダ１５の開口に向かってテーパー状に拡開しており、ボルト２５でシリンダ１５に固定されている。
【００１８】
膜部材１４は、弾性および水密性を有するものであればよく、天然ゴム、合成ゴム等を使用することができる。厚さは、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲であればよい。
【００１９】
シリンダ１５は、ボルト２１によって試験片保持台１２に固定されている。また、シリンダ１５には、ピストン１６がＯリング２２を介して挿入されている。シリンダ１５の上端には、ピストン１６が抜けるのを防止するために、上押さえ板２３がボルト２４によって取り付けられている。
【００２０】
図４は、液圧破壊試験装置の平面図である。図５は、図２のＣ−Ｃ線拡大断面図である。
膜部材１４は、水圧底板１３とシリンダ１５に挟まれており、水圧底板１３の開口１３ａを覆っている。また、膜部材１４とシリンダ１５の間には、合成ゴム系接着剤が塗布されており、シールの役割をするとともに付与された圧力を保持する。
【００２１】
図６は、衛星用推薬タンクの一例を示す説明図である。
衛星用推薬タンク６０の内部には、無重力空間において、表面張力効果によってメッシュを通過してチャンネル内に入った推薬を出口へ誘導するチャンネルメッシュ部材６１が設けられている。
【００２２】
このチャンネルメッシュ部材６１には、衛星の飛行中に液体振動、スロッシング、面外圧力変動により、振動疲労破壊が生じる可能性がある。したがって、衛星用推薬タンク６０のチャンネルメッシュ部材６１は、振動疲労破壊に対する強度試験を行うことが必要である。
【００２３】
図７は、衛星用推薬タンクの液圧破壊試験装置に使用する試験片の平面図である。
図８は、試験片の一部を切り欠いた側面図である。図９は、図８のＤ−Ｄ線断面図である。
試験片１８は、所定長さのチャンネル部材２６の開口面にメッシュ部材２７がシーム溶接されている。ここで使用されるメッシュ部材２７は、例えばオーステナイト系ステンレス鋼製であって、線径０．０３５ｍｍのものがチャンネルの長手方向に１インチ当たり３２５本、線径０．０２５ｍｍのものが幅方向に１インチ当たり２３００本配設されている。
別の例では、線径０．１９０ｍｍのものがチャンネルの長手方向に１インチ当たり４０本、線径０．１４０ｍｍのものが幅方向に１インチ当たり４００本配設されている。
なお、長手方向及び幅方向の線径や、１インチ当たりの本数としては、上述した２例以外であってもよい。特に、線径としては、０．２ｍｍ以下が好ましい。
【００２４】
また、試験片１８には、チャンネル部材２６のチャンネル面に液圧を作用させるための長方形の開口部２８が切削加工されている。なお、開口部２８の切削面とチャンネル内側面が同一面となるように加工するとともに、膜部材１４が破損しないように角部を面取り加工することが好ましい。
【００２５】
次に、以上のように構成された液圧破壊試験装置と試験片を使用した液圧破壊試験方法について説明する。
先ず、試験片作成工程で所定長さのチャンネル部材２６の開口面にメッシュ部材２７をシーム溶接するとともに、チャンネル面に液圧を作用させるための長方形の開口部２８切削する。
この際に、開口部２８の切削面とチャンネル内側面が同一面となるよう切削し、角部を面取り加工する。これにより、試験片１８が作成される。
【００２６】
次に、試験片保持台１２に試験片１８をセットする。この際、チャンネル部材の開口部の両端軸方向に膜部材が膨らんで侵入するのを防止するために、シリコン等の膜部材侵入防止部材２９を設置する。
なお、セットした試験片１８の開口部２８の縁に膜部材１４が破損しないように合成樹脂製の受け板等の膜部材破損防止材（不図示）を設置することが好ましい。
更に、膜部材１４とシリンダ１５の間には、合成ゴム系接着剤を塗布し、液漏れを防止してピストン１６で発生させた圧力を保持する。
【００２７】
試験片１８のセットが完了したら、加圧工程に移行する。具体的には、図外の加圧装置によって鋼球３１を介してピストン１６を下降する。
すると、シリンダ１５内に充填しておいた液体が圧力を受け、水圧底板１３とシリンダ１５の間に配置してある膜部材１４が液圧により膨張変形する。そして、膨張した膜部材１４が開口部２８から進入して、メッシュ部材２７に面外方向の液圧を付加する。
このようにして、チャンネル部材のシーム溶接メッシュの液圧破壊試験を行うことが可能となる。
【００２８】
図１０は、本発明の試験装置による液圧荷重範囲（ΔＦ）と破断繰返し数（Ｎｆ）を示す図である。
図１０に示すように、液圧荷重を２０００Ｎとした場合、破断繰り返し数は、約２３０回と約５００回であった。また、液圧荷重を１０００Ｎとした場合、破断繰り返し数は、約１８００回であった。また、液圧荷重を５００Ｎとした場合、破断繰り返し数は、約１３００回と約４４００回であった。
なお、図中に記載の荷重比Ｒは、最大荷重に対する最小荷重の割合（Ｒ＝最小荷重／最大荷重）を示す。
【００２９】
以上の結果から、液圧荷重と破断繰り返し数には、一定の相関関係があることが判明した。このように、本実施形態に係る液圧破壊試験装置Ｍ及び試験方法によれば、実機に近い液圧破壊試験を行うことができる。
【００３０】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３１】
上述した実施形態では、宇宙機用推薬タンクとして、衛星用推薬タンクの場合について説明したが、これに限らない。
衛星用以外にも，ロケット、宇宙往還機、宇宙ステーションなどのように、無重力状態で推進あるいは姿勢制御する必要のあるもの（推薬タンクを備えるもの）であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る衛星用推薬タンクの液圧破壊試験装置を示す縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】同衛星用推薬タンクの液圧破壊試験装置の平面図である。
【図５】図２のＣ−Ｃ線拡大断面図である。
【図６】衛星用推薬タンクの一例を示す説明図ある。
【図７】液圧破壊試験装置に使用する試験片の平面図である。
【図８】同試験片の一部を切り欠いた側面図である。
【図９】図８のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１０】同試験装置による液圧荷重範囲（ΔＦ）と破断繰返し数（Ｎｆ）を示す図である。
【図１１】従来の機械荷重負荷方式によるチャンネルメッシュ試験片を示す斜視図である。
【図１２】従来の機械荷重負荷方式による試験装置の説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
Ｍ…液圧破壊試験装置
１０…ベース部材
１１…空間
１２…試験片保持台
１３…水圧底板
１４…膜部材
１５…シリンダ
１６…ピストン
１８…試験片
１９…凹溝
２６…チャンネル部材
２７…メッシュ部材
２８…開口部
２９…膜部材侵入防止部材
６０…衛星用推薬タンク（宇宙機用推薬タンク）
６１…チャンネルメッシュ部材
Ｐ…荷重
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2008261682.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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