航空宇宙分野の研究開発を加速させるレーザドップラ振動計によるさまざまな計測

車載デバイスの耐久度を上げるための実験データの取得

航空宇宙産業において、特に旅客機では乗客の命がかかっていますので、安全は徹底されないといけません。航空機や自動車に搭載されている電子デバイスやプリント基板、MEMSなどの小型センサは、連続的な振動負荷にさらされています。これらの振動や衝撃負荷は、シミュレーションにより解析され、解析結果は実験データによりアップデート、最適化されています。つまり、解析には厳しい計測要件を満たす実験データが必要です。ポリテックのレーザドップラ振動計は、電子デバイスやプリント基板、さらにボンドワイヤの1本1本にいたるすべてのコンポーネントの振動を高精度に計測できます。この精度の高い計測結果は、モーダル解析や次数解析を経て、耐久度の低いポイントが解明され、最適化されることに役立ちます。

計測事例

ポリテックのスキャニング振動計を使用すると、レイアウト段階でプリント基板の振動モードを容易に特定し、可視化することができます。事前に、振動モード形状を知り、ノードポイント（振動モードの節）を特定できることは、メリットです。 振動対策を事前に施すことにより、連続振動負荷を80％削減でき、耐久度を上げることができます。

時間をかけない実験データ取得方法

軽量構造は航空宇宙開発の指針のひとつです。その指針を達成するためにCFRPのような複合材料が新素材として採用されています。新素材を使ったものづくりでは、有限要素法（FEM）による構造解析（CAE）データを新たに取得/蓄積する必要があり、実験モーダル解析はFEモデルを確実に検証する上で必要不可欠です。しかし実験モーダル解析では実験に多くの時間を要します。そこで、ポリテックのレーザドップラ振動計を使用すれば、計測時間を大幅に短縮でき、かつ高精度な実験データを得ることができます。実験工程がスピーディになれば、早く解析を開始することができるので、ひいては開発全体にかかる時間を短縮することができます。

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計測事例

風洞試験において、ポリテックのレーザドップラ振動計を使用すれば、遠隔からレーザを照射することにより計測ができるので、計測器自身が風による影響を受けることなく、実験を行うことができます。 さらにFEモデルのジオメトリを測定ポイントとして定義することができるため、実験データをスムーズに解析に使用することができます。さらに、ポリテックの RoboVib®は、スキャニング振動計と産業用ロボットを統合した自動振動計測ステーションであり、たとえば夜間の自動計測も実行でき、実験工程の大幅短縮に貢献します。

離陸に備えた実験

光は真空中を透過できるため、航空宇宙用の材料試験において、光は最適なツールです。人工衛星および探査機、衛星・探査機に搭載された機器類には離陸時に非常に大きな圧力がかかります。非常に静かな設計を実現したり、ソーラーセイルやアンテナなど独立した宇宙展開構造物を作成したり、外部減衰の不足を克服する必要がある場合などには、すべてのコンポーネントの固有振動数を調整する必要があります。

クリーンルーム条件下や超高温/極低温条件下における真空チャンバ内および非常に繊細な面を測定対象にした実験モーダル試験に対しても、レーザ振動計を使用すれば、正確に固有振動数を特定する特定することができます。ダイナミックレンジが広いため、離陸時やマイクロレベルの微振動をシミュレートする場合も、役立ちます。

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計測事例

ソーラーセイルは宇宙空間内で太陽光を宇宙船の推進力に変えることができるため、宇宙船の燃料を節約できるばかりか、宇宙空間における滞在時間を延長することができます。NASAは圧力下の宇宙船の1対1モデル解析において、ポリテックのスキャニング振動計を使用してソーラーセイルの共振点を効率的に測定しています。

信頼性の高い応力値のスピーディな検出

航空機エンジンの最小のコンポーネントであるタービンブレードの耐久試験は、低燃費で安全性の高いエンジンの開発に不可欠です。ポリテックの3Dスキャニング振動計は、応力とひずみを振動計測結果から計算して算出することができます。 また、FEモデルのジオメトリデータから測定ポイントを定義できるため、正確な測定位置と応力値を特定、検出することができます。この方法は、すべての主要なコンポーネントおよびエンジンメーカーによって世界中で使用されています。

エンジンの軽量化に伴い、ブリスク（ブレード一体型ディスク）が高圧コンプレッサに使用されています。 ブレードの固有周波数の調整は、ブリスクの安全な動作のために絶対に不可欠です。 ポリテックのスキャニング振動計は、ブリスクのブレードのような複雑な構造物の振動も、高い空間分解能で正確に計測し、可視化できます。

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計測事例

羽根付きロータは、回転速度に応じてその特性が変化します。有効なテストデータを使用して、特性値を調整する場合、光ディロテータが最適です。測定レーザはタービンと同期して回転しているので、実稼動振動形状を簡単に測定できます。

今日においても、光学計測技術は、世界的に安全なツールであり、開発、テスト、部品の修復を経て、製品化されるまでの時間を短縮できます。