(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛翔体を保持した円筒状のサボーを射出方向後端に収容し、該サボーをガスや爆薬の爆発エネルギーを利用して加速するための加速管と、該加速管の射出方向先端側に設けられ、前記加速管内で加速された前記飛翔体を衝突させる標的と、加速された前記サボーを受けて前記飛翔体を前記標的に衝突させるためのサボーストッパーとを備えた飛翔体射出装置において、
前記加速管の射出方向先端に一体的に取り付けられ、前記サボーのみを減速するための減速区間を形成すべく、内径が前記サボーの外径よりも縮径された縮径部を有するサボー分離用マズルを備え、
前記減速区間の内径は、前記サボーの外径の９５〜９９％であることを特徴とする飛翔体射出装置。
【請求項２】
前記減速区間の射出方向長さは、前記サボーの射出方向長さと同一である請求項１に記載の飛翔体射出装置。
【請求項３】
前記減速区間の内周面とその射出方向後端の内周面との境界部は、その径が緩やかに変化するようにテーパ部として形成されている請求項１又は２に記載の飛翔体射出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機のエンジンケース等を対象とした衝突試験に用いられる飛翔体射出装置に係り、特に、サボーと飛翔体との分離が正確に行える飛翔体射出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
航空機のエンジンケース等を対象とした、衝突速度１００〜３００ｍ／ｓの衝突試験には、ガスの力で飛翔体を標的に向かって打ち出すガス銃式の飛翔体射出装置が用いられている。
【０００３】
この飛翔体射出装置において、飛翔体を加速するための加速管（砲身）の断面形状は、飛翔体の射出方向に沿って一定の内径を有する形状とされている。そのため、任意の形状、寸法、姿勢の飛翔体を射出するために、加速管の内径と同等の外径を有する、円筒状のサボーと呼ばれる高分子プラスチックの入れ物が用いられる。
【０００４】
このサボーと飛翔体との分離の正確さが衝突試験の精度やランニングコストに大きく影響するため、飛翔体射出装置におけるサボーと飛翔体との分離技術は必要不可欠なものである。
【０００５】
従来は、例えば、サボーの外径より小さく飛翔体より大きい貫通孔の開いたサボーストッパーと呼ばれる板を用い、飛翔体のみを貫通孔から通過させることでサボーと飛翔体とを分離していた。
【０００６】
また、分割型のサボーを用い、加速管から出射された後のフリーフライト中に空気抵抗によりサボーを分割すると共に、サボーと飛翔体とを分離させることもなされていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
他にも、複数の帯板を環状部材で束ねて円筒を構成し、その円筒の内径を漸減して形成された分離部を用い、この分離部内でサボーを徐々に減速させて飛翔体と分離させる方法もある。この方法では、最終的にサボーは分離部で停止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２７１２１６号公報
【特許文献２】特許第３１０３８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、サボーストッパーを用いる方法では、サボーがサボーストッパーへ衝突するときの衝撃により、サボーが大きく変形するため飛翔体の姿勢が乱れてしまうと言う問題がある。
【００１０】
また、分割型のサボーを用いる方法では、空気抵抗を利用するため、サボーと飛翔体とを分離するための長い距離が必要であり、飛翔体射出装置が大型化してしまう。さらに、通常は飛翔体の姿勢を維持するべく、加速管の射出方向先端と標的とを空気抵抗が無い真空状態の真空チャンバー内に収容するが、サボーの分割のために空気抵抗を利用するので真空チャンバー内を真空状態にできず、空気抵抗により飛翔体の姿勢が乱れてしまうと言う問題もある。
【００１１】
分離部を用いた方法では、円筒の内径を漸減させるための長い距離（例えば、２ｍ程度）が必要となり、飛翔体射出装置が大型化してしまう。また、分離部内でサボーを停止させるために、円筒の内径が最終的には相当絞られることになるので、サボーが停止するまでに大きく変形する。そのため、変形により破損したサボーの一部が標的に到達してしまい、正確な衝突試験が行えず、ランニングコストを悪化させてしまうと言う問題もある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、サボーと飛翔体との分離が正確に行える飛翔体射出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、飛翔体を保持した円筒状のサボーを射出方向後端に収容し、該サボーをガスや爆薬の爆発エネルギーを利用して加速するための加速管と、該加速管の射出方向先端側に設けられ、前記加速管内で加速された前記飛翔体を衝突させる標的と、加速された前記サボーを受けて前記飛翔体を前記標的に衝突させるためのサボーストッパーとを備えた飛翔体射出装置において、前記加速管の射出方向先端に一体的に取り付けられ、前記サボーのみを減速するための減速区間を形成すべく、内径が前記サボーの外径よりも縮径された縮径部を有するサボー分離用マズルを備え、前記減速区間の内径は、前記サボーの外径の９５〜９９％である飛翔体射出装置である。
前記減速区間の射出方向長さは、前記サボーの射出方向長さと同一であると良い。
前記減速区間の内周面とその射出方向後端の内周面との境界部は、その径が緩やかに変化するようにテーパ部として形成されていると良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、サボーと飛翔体との分離が正確に行える。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の飛翔体射出装置を示す概略図であり、（ａ）は概略側面図、（ｂ）は真空チャンバー内の概略図である。
【図２】本発明に用いるサボー分離用マズルの構成を示す図であり、（ａ）は射出方向先端側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】本発明に用いるサボーの構成を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の飛翔体射出装置におけるサボーと飛翔体との分離過程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１７】
図１は、本発明の好適な実施の形態に係る飛翔体射出装置を示す図であり、（ａ）は射出方向先端側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【００１８】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、飛翔体射出装置１は、飛翔体２を保持した中実の円筒状のサボー３を射出方向後端（図示左側）に収容し、そのサボー３をガスや爆薬の爆発エネルギー（加速エネルギー）を利用して加速するための加速管４と、加速管４の射出方向先端（図示右側）を収容すると共に、加速管４内で加速された飛翔体２を衝突させる標的５が収容された真空チャンバー６と、真空チャンバー６内に設けられ、加速されたサボー３を受けて飛翔体２のみを標的５に衝突させるためのサボーストッパー７とを備える。本実施の形態では、加速エネルギーとしてガスを用いる場合を説明する。
【００１９】
試験対象である標的５とは、例えば、ジェットエンジンのファンケースなどの耐衝撃設計が必要な材料である。飛翔体２としては、鳥やそれを模したゼラチン、又は金属片など様々なものを用いる。これらを用いた衝突現象の試験としては、例えば、ジェットエンジンに鳥が吸い込まれた際の耐衝撃性を確認するための試験がある。
【００２０】
サボー３は、例えばポリエチレンなどの高分子材料からなる。高分子材料は破断伸びが大きく、サボーストッパー７に衝突しても壊れにくいため、サボー３が破壊されてその破片が飛散してしまうのを防止することができる。サボー３の形状については、後述する。
【００２１】
加速管４は、その長手方向に沿って複数（図１では、３つ）のサポート柱Ｓに支持されており、その中心が略一直線上になるようにされる。加速管４の射出方向後端には、加速エネルギー供給系８が接続される。加速エネルギー供給系８は、ガスを蓄圧するための蓄圧容器９と、蓄圧容器９にガスを供給するガスボンベ１０と、加速管４の射出方向後端に接続されるバルブ１１とからなる。
【００２２】
蓄圧容器９に供給するガスとしては、例えばヘリウム（Ｈｅ）や窒素（Ｎ2）を用いる。不活性ガスでは分子量の小さいヘリウムが最も加速しやすいため好適である。
【００２３】
バルブ１１は、例えば電磁バルブからなる。蓄圧容器９内にガスを蓄圧した後、電磁バルブを一気に開放することにより、加速管４の射出方向後端に収容されたサボー３が加速される。
【００２４】
加速エネルギー供給系８と加速管４とはフランジ部１２を介して接続される。加速管４の射出方向後端に飛翔体２を保持したサボー３を設置する際には、フランジ部１２を境に加速エネルギー供給系８と加速管４とを分離させ、加速管４の射出方向後端の飛翔体設置部１３にサボー３を設置する。そのため、加速エネルギー供給系８は、図示左右方向に移動可能にされる。
【００２５】
加速管４内で加速された飛翔体２を衝突させる標的５は、加速管４の射出方向先端に接続された真空チャンバー６内に収容される。真空チャンバー６の外側にはレーザーや高速度カメラなど、衝突現象を捉えるための機器が設置されている。さらに、真空チャンバー６の側壁には、観測用の窓Ｗが設けられる。
【００２６】
また、加速管４の射出方向先端部にはシール部（例えば、パッキンなど）を有するシールフランジ１４が形成されている。加速管４の射出方向先端を真空チャンバー６の側壁に形成された挿入孔に挿入すると共に、シールフランジ１４を側壁にネジ止めすることにより、加速管４の射出方向先端は真空チャンバー６内に密閉されて収容される。これにより、加速管４内も真空引きされ、加速管４内で飛翔体２を保持したサボー３が十分に加速されるようになる。
【００２７】
加速されたサボー３を受けるサボーストッパー７には、サボー３よりも小さく飛翔体２のみを通過させる貫通孔１５が形成される。よって、加速されたサボー３は貫通孔１５の外周部分に衝突して止められ、飛翔体２のみを標的５に衝突させるようになっている。サボーストッパー７は、サボー３の衝撃力に対し健全性を有する材料及び設計にて形成される。
【００２８】
さて、本実施の形態に係る飛翔体射出装置１は、サボー３の減速と停止を別々に行うことにより、サボー３と飛翔体２との分離が正確に行えるものである。
【００２９】
そのため、飛翔体射出装置１は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、加速管４の射出方向先端に一体的に取り付けられ、サボー３の減速を行うためのサボー分離用マズル１６を備える。
【００３０】
サボー分離用マズル１６は、その内径が加速管４と同等に形成されており、その内周面の一部にサボー３を減速するための減速区間Ａを形成すべく、内径がサボー３の外径よりも縮径された縮径部１７を有する。
【００３１】
減速区間Ａは、この部分を通過するサボー３に抵抗（即ち、摩擦力）を与えることにより、サボー３を減速させ、サボー３と飛翔体２とを分離させるためのものである。つまり、減速区間Ａは、サボー３の減速とそれを利用した飛翔体２の分離のみを目的とし、サボー３の停止には上述したサボーストッパー７を用いるようにする。
【００３２】
なお、サボー３のみを減速させるために、減速区間Ａの内径は、飛翔体２よりも大きく形成される必要がある。
【００３３】
また、減速区間Ａの内径を小さく形成するほどサボー３に与える抵抗を大きくすることができる。その結果、サボー３を大きく減速させ、サボー３と飛翔体２とを十分な距離をもって分離することができるようになる。
【００３４】
ところが、減速区間Ａの内径を小さくしすぎると、サボー３が減速区間Ａを通過する際の変形が大きくなりすぎてしまい、サボー３が破損して衝突試験に悪影響を及ぼす虞や飛翔体２の姿勢を乱す虞がある。
【００３５】
そのため、サボー３が過度な変形、或いはそれに伴う破損が生じないように設計する必要がある。例えば、減速区間Ａの内径をサボー３の圧縮強度を考慮してサボー３の外径の９５〜９９％程度とすることが考えられる。減速区間Ａの射出方向長さは、例えば、サボー３の射出方向長さと同程度にされる。
【００３６】
この減速区間Ａの内周面とその射出方向後端の内周面との境界部は、その径が緩やかに変化するようにテーパ部１８として形成されていることが好ましい。これにより、サボー３が減速区間Ａに進入するときの衝撃を和らげることが可能となる。
【００３７】
サボー分離用マズル１６の射出方向後端には、加速管４の射出方向先端に形成されたフランジ部１９と接続するためのフランジ部２０が形成される。これらフランジ部１９，２０をボルトやナットを用いて接続することで、加速管４の射出方向先端にサボー分離用マズル１６が一体的に取り付けられる。
【００３８】
また、飛翔体射出装置１で用いるサボー３は、図３に示すように、加速管４の内周面に嵌合する円柱状（中実の円筒状）のサボー本体２１と、サボー本体２１の射出方向先端に一体に形成され飛翔体２を保持するための中実の円筒状の飛翔体保持部２２とからなることが好ましい。
【００３９】
飛翔体保持部２２は、その外径が減速区間Ａの内径よりも小さく形成される。飛翔体保持部２２の外径を減速区間Ａの内径よりも小さく形成するのは、サボー３が減速区間Ａに進入したときに、飛翔体保持部２２が減速区間Ａに接触して変形しないようにするためである。
【００４０】
飛翔体保持部２２は、標的５に衝突させる飛翔体２の形状に合わせて様々な形状に成形される。飛翔体２を載置する角度によっては飛翔体２の自重で落ちることがあるため、接着力のあまり強くない粘着テープなどを用いて載置を補助するようにしてもよい。
【００４１】
飛翔体保持部２２の長さ（サボー本体２１からの突出長さ）は、飛翔体２を収める底部の深さより長く（例えば、１０〜２０ｍｍ程度に）形成される。
【００４２】
この飛翔体射出装置１を用いた射出試験を説明する。
【００４３】
先ず、試験前に、フランジ部１２を境に加速管４と加速エネルギー供給系８とを分離させ、加速管４の射出方向後端の飛翔体設置部１３に飛翔体２を保持したサボー３を収容して設置する。
【００４４】
その後、真空チャンバー６内を所望の真空度に真空引きし、またガスボンベ１０から蓄圧容器９にガスを供給する。真空引きにより、真空チャンバー６内及びバルブ１１までの加速管４内が真空にされる。蓄圧容器９内にサボー３を所望の速度で加速するのに十分なガスが充填されたら、図４（ａ）に示すように、バルブ１１を一気に開放して、充填されたガスにて加速管４の射出方向後端に収容されたサボー３を加速する。つまり、試験環境に応じて、蓄圧容器９内の圧力や、真空チャンバー６内及びバルブ１１までの加速管４内の真空度などを適宜調整することにより、サボー３を所望の速度で加速することができる。
【００４５】
図４（ｂ）に示すように、加速管４内で加速されたサボー３は減速区間Ａを通過する際に、サボー本体２１が減速区間Ａからの抵抗を受けて徐々に減速される。このとき、減速区間Ａからの抵抗を受けたサボー本体２１は変形するが、飛翔体保持部２２の外径は減速区間Ａの内径よりも小さいため、飛翔体保持部２２は減速区間Ａからの抵抗を受けずほとんど変形しない。
【００４６】
また、サボー３が減速区間Ａに進入した直後に、飛翔体２は慣性によりその速度が維持されるので、飛翔体２とサボー３との距離が徐々に離れていき、飛翔体２がその姿勢を維持したままサボー３から分離される。
【００４７】
その後、図４（ｃ）に示すように、サボー３がサボーストッパー７の貫通孔１５の外周面に衝突し、サボー３が止められる。一方、飛翔体２は、サボーストッパー７の貫通孔１５を通過し、真空チャンバー６内に予め収容しておいた標的５に衝突する。その衝突後の標的５及びレーザーや高速度カメラなどの各種機器から得られた情報を元に標的５の耐衝撃性能などを評価する。
【００４８】
繰り返し試験を行う場合には、真空チャンバー６内に残留したサボー３を除去し、再び加速管４と加速エネルギー供給系８とを分離させ、加速管４の射出方向後端の飛翔体設置部１３に飛翔体２を保持したサボー３を収容した後、試験を行う。
【００４９】
このように、本実施の形態に係る飛翔体射出装置１によれば、サボー分離用マズル１６でサボー３の減速を行い、サボーストッパー７でサボー３の停止を行うことで、サボー３の減速と停止を分け、サボー３に与えられる加速度、変形を小さくすることができるため、飛翔体２の姿勢に影響を与えることなく、サボー３と飛翔体２との正確な分離が可能となる。
【００５０】
また、サボー３は、その減速中はサボー分離用マズル１６内で拘束されているので、サボーを単にサボーストッパーに衝突させてサボーの分離と停止を同時に行う方法より安定した分離が行える。
【００５１】
さらに、空気抵抗を利用した分離方法や帯板で形成した分離部でサボーを停止させる方法よりサボーと飛翔体の分離区間を短くすることができ、装置の小型化が可能である。
【００５２】
これに加え、飛翔体射出装置１では、サボー３は、加速管４の内周面に嵌合するサボー本体２１と、外径が減速区間Ａの内径よりも小さく形成された飛翔体保持部２２とからなるため、サボー３が減速区間Ａに進入したときの変形により、飛翔体保持部２２が変形する前に、サボー３と飛翔体２を分離でき、飛翔体２をその姿勢を維持したまま射出することができる。
【００５３】
なお、減速区間Ａは上述の構成に限られず、サボー３のみを減速させることができる構成であればよい。例えば、サボー分離用マズル１６の内径を漸減させるような緩やかなテーパ状の減速区間を形成したり、サボー分離用マズル１６の内周面に突起を設けるなどして摩擦係数を大きくした減速区間を形成したりして構成するようにしてもよい。
【００５４】
また、本実施の形態においては、サボー本体２１と飛翔体保持部２２とからなるサボー３を用いたが、サボー３の形状はこれに限定されるものではなく、通常用いられるような中実の円筒状のサボーを用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１  飛翔体射出装置
２  飛翔体
３  サボー
４  加速管
５  標的
７  サボーストッパー
１６  サボー分離用マズル
１７  縮径部
Ａ  減速区間
【図１】
0005375755.tif 000002
【図２】
0005375755.tif 000003
【図３】
0005375755.tif 000004
【図４】
0005375755.tif 000005