小型無人超音速機の機体構造に関する研究 : 研究 成果報告
著者 溝端 一秀, 木村 敦, 今井 駿, 高津 武人
雑誌名 室蘭工業大学航空宇宙機システム研究センター年次
報告書
巻 2007
ページ 20‑24
発行年 2008‑09
URL http://hdl.handle.net/10258/00008704
小型無人超音速機の機体構造に関する研究 : 研究 成果報告
著者 溝端 一秀, 木村 敦, 今井 駿, 高津 武人
雑誌名 室蘭工業大学航空宇宙機システム研究センター年次
報告書
巻 2007
ページ 20‑24
発行年 2008‑09
URL http://hdl.handle.net/10258/00008704
- 20 -
ዊဳήੱ㖸ㅦᯏ䈱ᯏ᭴ㅧ䈮㑐䈜䉎⎇ⓥ㩷 䋭⎇ⓥᚑᨐႎ๔㩷
㩷
㩷 Ḵ┵㩷 ৻⑲㩷 䋨ᯏ᪾䉲䉴䊁䊛Ꮏቇ⑼㩷 ಎᢎ䋩㩷
㩷 ᧁ㩷 㩷 㩷 ᢕ㩷 䋨ᯏ᪾䉲䉴䊁䊛Ꮏቇኾ㩷 㜞ㅦᵹജቇ⎇ⓥቶ䋩㩷
㩷 㩷 㩷 㛁㩷 䋨ᯏ᪾䉲䉴䊁䊛Ꮏቇኾ㩷 㜞ㅦᵹജቇ⎇ⓥቶ䋩㩷
㩷 䂾㩷 㩷 㜞ᵤ㩷 ᱞੱ㩷 䋨⥶ⓨቝቮ䉲䉴䊁䊛Ꮏቇኾ㩷 㜞ㅦᵹജቇ⎇ⓥቶ䋩
㩷 㩷
㪈㪅㩷 ⎇ⓥⷐ䊶⋡⊛㩷
ㄭᐕ㧘ᄢ㒽㑆ャㅍ߅ࠃ߮࿁゠߳ߩᓔㆶャㅍࠪࠬ࠹ࡓࠍ㕟ᣂߔࠆᔅⷐᕈ߇㜞߹ߞߡ߈ ߡ߅ࠅ㧘ቶ⯗Ꮏᬺᄢቇࠍਛᔃߣߒߡ㧘ߎࠇࠄ⥶ⓨቝቮᯏߩ㕟ᣂߦ⾗ߔࠆߚߩၮ⋚ᛛⴚߩ⎇ⓥ߇ ㅴࠄࠇߡࠆ㧚⎇ⓥߐࠇߚᛛⴚࠍ㘧ⴕታ⸽ߔࠆߚߦ㧘ࡑ࠶ࡂ㧞⒟ᐲߢ㖸ㅦ㘧ⴕߔࠆࡈࠗ
ࡦࠣ࠹ࠬ࠻ࡌ࠶࠼㧔㘧ⴕታ㛎ᯏ㧕ࠍ⸳⸘⹜ߔࠆ⸘↹ߢࠆ㧚
㘧ⴕታ㛎ᯏߩ᭴ㅧᛛⴚߣߒߡߪ㧘ⶄว᧚ࠍ↪ߚᦨㆡ᭴ㅧᚻᴺࠍ᭴▽ߒ㧘㕟ᣂ⊛ߥⓨജᒢᕈ᭴
ㅧࠍ㐿⊒ߔࠆߎߣࠍ⋡ᜰߒߡࠆ㧚ߘߩߚߦߪ㧘⥶ⓨᯏ᭴ㅧߦ㑐ߔࠆᣢሽߩᛛⴚᚻᴺߦ⠌ᾫ ߒ㧘ᯏోߩ᭴ㅧ⸳⸘ߥࠄ߮ߦᒝᐲ⹏ଔࠍⓍߺ㊀ߨࠆߎߣ߇㊀ⷐߢࠆ㧚
ߎߩߚߩḰߣߒߡ㧘ᧄ⎇ⓥߪ㧘ᯏోߩ᭴ㅧ⸳⸘ߣᔕജ⸃ᨆߩߚߩၮᧄ⊛ᚻᴺࠍᢛ
ߔࠆߎߣࠍ⋡⊛ߣߔࠆ㧚ᤨὐߢ↪น⢻ߥ࠺࠲ߦၮߠߡ᧚ᢱߦ㊄ዻࠍ↪ߚ႐วߣⶄว᧚ ࠍᗐቯߒߚ႐วߢ㘧ⴕታ㛎ᯏߩ᭴ㅧࠍ⇛⸳⸘੍⸃ᨆߒ㧘⹏ଔᣇᴺࠍᬌ⸛ߔࠆ㧚ߘߒߡ㧘ߘ ߩᬌ⸛ࠍၮߦ᭴ㅧߦኻߔࠆ⹏ଔࠍⴕ㧘ᡷ⦟ౣ⸃ᨆࠍㅴߡࠁߊ㧚
㪉㪅㩷 ᭴ㅧ⸳⸘䊶⸃ᨆ㩷
㪉㪅㪈㩷 ᭴ㅧ⸳⸘㩷
ᐞߟ߆ߩᯏᒻ⁁ߩ߁ߜ㧘࿁ߪ M2007 ᒻ⁁ߩਥ⠢᭴ㅧߦߟߡ⸳⸘ࠍⴕߥߞߚ㧚M2007 ᒻ
⁁ߩ⇛ࠍ Fig. 2.1ߦ␜ߔ㧚ਥ⠢ߪᏀฝ৻⠢ߣߒߡ⸳⸘ߒ㧘᧚ᢱߦ㊄ዻࠍᗐቯߒߚ႐วߣⶄว
᧚ࠍᗐቯߒߚ႐วߣߢ2ߟߩ⸳⸘᩺ࠍឭ␜ߔࠆ㧚㊄ዻ᭴ㅧߢߪᣢሽߩ㖸ㅦᯏᓟㅌ⠢ߩᄙᩴ᭴ㅧ ߦḰߓߚ⸳⸘ߢࠅ㧘ⶄว᧚᭴ㅧߢߪᄖ᧼㧔⊹㧕ߣᩴߩ৻ᚑᒻߣߒߡࠆ㧚߹ߚ㧘⇣ᣇᕈ᧚ ᢱ᭴ㅧߩ⸳⸘⸃ᨆ⹏ଔߩ೨Ბ㓏ߣߒߡ㧘ᡆૃ╬ᣇⓍጀࠍቯߒߡࠆ㧚ߘߩ⚿ᨐࠍ Fig. 2.2 ߅ࠃ߮2.3ߦ␜ߔ㧚
Fig. 2.1. The M2007 configuration
㩷
㪉㪅㪉㩷 ⸃ᨆℂ⺰ਗ䈶䈮ᔕജ⹏ଔℂ⺰㩷
㊄ዻ᭴ㅧߩ⸃ᨆߦ߅ߡߪCATIAߢᚑߒߚ᭴ㅧࡕ࠺࡞ߦߟߡ㧘FEM⸃ᨆߦࠃߞߡVon
Mises stressࠍ᳞㧘᭴ㅧ᧚ᢱߩ⠴ജߣᲧセ⹏ଔߔࠆ㧚
Von Mises stressߪ㧘ਥᔕജߩᑼࠍਃᰴరߦዷ㐿ߒ⋧ᒰᔕജ㧔equivalent stress㧕ߣߒߡᰴᑼߩࠃ߁
ߦቯ⟵ߐࠇࠆࠬࠞ㊂ߢࠅ㧘ᑧᕈ᧚ᢱߩ㒠ફ߿⎕უߣ㑐ㅪઃߌࠄࠇࠆ㧚
>
2 2 2@
3 2 2 22 1
zx yz xy xx zz zz yy yy xx
VM W W W W W W W W W
V
ߥ߅㧘ⶄว᧚ߩࠃ߁ߥⓍጀ᧚ߢߪ㧘ጀ㑆㔌߿ጀౝߩ᮸
⢽ഀࠇ㧘❫⛽ߩ⎕ᢿߥߤ߇߆ࠄࠎߢ⹏ଔ߇ࠃࠅⶄ㔀ߦߥࠆ㧚 ᧄ⎇ⓥߦ߅ߡᲑ㓏ߢߪⶄว᧚ߩ⹏ଔᣇᴺߦߟߡචಽ ߦᬌ⸛ߢ߈ߡߥߚ㧘ታ㓙ߩ⥶ⓨᯏ⸳⸘ߦ߅ߡᄙ↪ߐ ࠇߡࠆޟᱡ߇0.4%ࠍ߃ࠆ߆ุ߆ޠߣ߁⚻㛎⊛ߥ⸳⸘ၮ Ḱࠍㆡ↪ߔࠆߎߣߣߔࠆ㧚
㪉㪅㪊㩷 ⸃ᨆ᧦ઙ㩷
᭴ㅧ᧚ᢱߣߒߡ㧘߹ߕࠕ࡞ࡒ࠾࠙ࡓว㊄2024-T4ߩ‛ᕈࠍㆡ↪ߔࠆ㧚ߎࠇߪࠫࡘ࡞ࡒࡦߣ ߒ ߡ ⍮ ࠄ ࠇ ߡ ࠆ ৻ ⥸ ⊛ ߥ ⥶ ⓨ ᯏ ↪ ᭴ ㅧ ᧚ ߢ ࠆ 㧚 ߹ ߚ 㧘 ⶄ ว ᧚ ᭴ ㅧ ߣ ߒ ߡ ᡆ ૃ ╬ ᣇ ᕈ CFRP(T800H/3633)ࠍᗐቯߔࠆ㧚
࿁᭴ㅧ⸳⸘ࠍⴕߞߚᯏߦኻߒߡߪ㘧ⴕ⚻〝⸃ᨆ߇චಽߦⴕࠊࠇߡߥ㧚ߘߩߚ㧘ޟ㘧ⴕ ࡑ࠶ࡂᢙ2.0ߦ߅ߌࠆ9Gߢߩᒁ߈ߎߒޠߣ߁ࠤࠬࠍᗐቯߒ㧘㖸ㅦ㘧ⴕߦ߅ߌࠆਥ⠢ߩ឴
ജಽᏓc㨯clߪᑼ(2.1)㧘(2.2)ࠃࠅ㧘᛫ജߪᑼ(2.3)ࠃࠅㄭૃផ▚ߐࠇࠆ㧚
Fig. 2.3. Designed composite structure(CFRP) of the main wing for the M2007 configuration, where the upper skin is omitted.
Fig. 2.2. Designed metal structure(2024-T4) of the main wing for the M2007 configuration, where the upper skin is omitted.
Fig. 2.3. Stress elements for defining the Von Mises stress
- 22 -
2 / 21 2
0
1 1 tan
4 y
M c C
c l r
D Z
(2.1)
Sm
y y
(2.2)
ߎߎߢ cߪછᗧߩ⠢ᢿ㕙ߦ߅ߌࠆዪᚲ⠢ᒏ㐳㧘clߪߘߩ⠢ᢿ㕙ߢߩᢿ㕙឴ജଥᢙ㧘Crߪᦨᄢ⠢
ᒏ㐳㧘ȁߪਥ⠢ᐔ㕙ᒻ⁁ߩඨ㗂ⷺ(rad)㧘ǩߪㄫⷺ㧘Smߪඨࠬࡄࡦ㧘Lߪ឴ജߢࠆ㧚
㪊㪅㩷 ◲ᤃ㕒⩄㊀⹜㛎㩷
㪊㪅㪈㩷 ⹜㛎ଏ⹜㩷
ਇ㘻ࡐࠛࠬ࠹࡞᮸⢽ߣࠟࠬ❫⛽ߦࠃࠆ㧏210 ࠟࠬࠢ
ࡠࠬࠍ↪ߒ㧘ࡂࡦ࠼ࠗࠕ࠶ࡊᴺߦࠃߞߡ⇼ૃ╬ᣇᕈ GFRP ଏ⹜ࠍߒ㧘ၮᧄ⊛ߥ᭴ㅧ⹜㛎ߣ᭴ㅧ⸃ᨆࠍⴕߥߞߚ㧚ଏ
⹜ߪM2006ᒻ⁁ߩ᳓ᐔየ⠢ߩታ‛ᄢ◲ᤃ᭴ㅧߣߔࠆ㧚
㪊㪅㪉㩷 ⹜㛎ᚻᴺ㩷
߹ߕห᧚ᢱߩ⹜㛎 㧔ኸᴺ 13mm×20mm×t1mm㧕ߩᒁᒛ⹜㛎ࠍⴕ㧘ࡗࡦࠣ₸߅ࠃ߮ࡐࠕ࠰ࡦ Ყࠍ᷹ቯߒ⸃ᨆ߳ᤋߐߖࠆ㧚ଏ⹜ߦߪ㧘Fig. 3.3ߩࠃ߁ߦ⠢ᩮㄭறߩᄖ᧼㕙ߦᱡࠥࠫࠍ㧟
ࠣ࡞ࡊߦಽߌߡ⾍ࠅ㧘200gߩ⩄㊀ࠍ⽶⩄ߒߚ႐วߩߘࠇߙࠇߩᱡߺࠥࠫࠣ࡞ࡊߩᦨᄢᦨ ዊਥᱡߦߟߡ㧘⹜㛎୯ߣ⸃ᨆ୯ߩᲧセࠍⴕ߁㧚
(a) Schematics of the specimen. (b) Overview of the constructed specimen.
Fig. 3.2 Trial construction of a structure specimen for the horizontal tail of the M2006 configuration.
Fig.3.3.Alignment of the strain gauges.
Fig. 3.1. The M2006 configuration
㪋㪅㩷 ⚿ᨐ㩷
㪋㪅㪈㩷 ⸃ᨆ⚿ᨐ㩷
Fig. 3.1ߦ㊄ዻ᭴ㅧߦ߅ߌࠆᔕജ⸃ᨆ⚿ᨐࠍ␜ߔ㧚Von Mises stressߩᦨᄢ୯ߪਛᄩᩴ߅ࠃ߮ᦨ
ᓟᣇᩴਛᄩㇱઃㄭߦ⊒↢ߒߡ߅ࠅ㧘ᗐቯߒߡࠆ᭴ㅧ᧚ᢱ A2024́T4ߩ0.2%⠴ജ235MPa ߦᲧ ߴߡචಽዊߐ㧚
Fig. 3.2ߦⶄว᧚᭴ㅧߢߩᔕജ߅ࠃ߮ᱡߩ⸃ᨆ⚿ᨐࠍ␜ߔ㧚⸃ᨆ⚿ᨐߢߪᦨᄢᱡߪ⚂0.05%ᒙ
ߣߥߞߡߡ㧘0.4%ࠍᄢ߈ߊਅ࿁ߞߡ߅ࠅ㧘⸳⸘ၮḰࠍḩߚߒߡࠆ㧚
㊄ዻ᭴ㅧⶄว᧚᭴ㅧߣ߽ߦㆊᐲߥᒝᐲ߇ࠆߚ㧘ᡷ⦟߇ᔅⷐߢࠆ㧚߹ߚ㧘࿁ߩᔕ ജ⸃ᨆߢߪ᭴ㅧోߩᒝᐲࠍ⹏ଔߔࠆߦਥ⌒ࠍ⟎ߚߚ㧘ฦㇱߩ⚿ว㊄ౕߥߤߩ⚦ㇱߪ⋭⇛
ߒߡࠆ㧚
㪋㪅㪉㩷 ◲ᤃ㕒⩄㊀⹜㛎⚿ᨐ㩷
ߘࠇߙࠇߩᱡߺࠥࠫࠣ࡞ࡊߩᦨᄢᦨዊਥᱡߦߟߡ㧘⹜㛎୯ߣ⸃ᨆ୯ࠍFig. 4.3ߦ␜ߔ㧚 ਥᱡߦ㑐ߔࠆ⚿ᨐࠍࠆߣ㧘ࠣ࡞ࡊ㧝߅ࠃ߮㧞ߩ⹜㛎⚿ᨐߣ⸃ᨆ⚿ᨐߦᄢ߈ߥᏅ߇ࠄࠇࠆ㧚
⹜ߒߚ᭴ㅧߩᩴㄭற߿⠢ᩮធ⌕ㇱㄭறߩᢿ㕙ᒻ⁁ߪ㧘㒢ⷐ⚛⸃ᨆߦߪᱜ⏕ߦߪᤋߐࠇߡ ߅ࠄߕ㧘ߎࠇࠄߩㇱߩᕈ߿ᔕജ㓸ਛ߇ᱜ⏕ߦ⸃ᨆߢ߈ߡߥ߽ߩߣ⠨߃ࠄࠇࠆ㧚ࠣ࡞ࡊ 㧟ߦߟߡߪ㧘ᔕജ㓸ਛߩή႐ᚲߢ᷹ቯߒ㧘߹ߚᩴ߆ࠄ㆙ߚធ⌕ߩᓇ㗀߇ήߊ㧘⸃ᨆ୯ߦ ኻߒᲧセ⊛⦟ᅢߥ⸘᷹⚿ᨐ߇ᓧࠄࠇߡࠆ㧚
ᓟߪ㧘᭴ㅧ⸳⸘ߩᦨㆡൻࠍㅴࠆߣߦ㧘⢵ࠍߚᯏో᭴ㅧߦ㑐ߔࠆ⸳⸘߅ࠃ߮ᔕ ജ⸃ᨆߣᒝᐲ⹏ଔ㧘ଏ⹜ߩ⥄ߣ⩄㊀⹜㛎ࠍ➅ࠅߒ㧘ਗ߮ߦ࠹ࡦࠣࠍ⠨ᘦߒߚ⇣ᣇᕈ ߩⶄว᧚ߦࠃࠆ৻ᚑဳ᭴ㅧߩ⸳⸘߿ᔕജ⹏ଔߩᚻᴺࠍ᭴▽ߔࠆ੍ቯߢࠆ㧚
Fig. 4.1. Predicted Von Mises stress distribution for the designed metal structure(2024-T4),where the upper skin is omitted.
Fig. 4.2. Predicted strain distribution for the designed composite structure(CFRP), where the upper skin is omitted
- 24 -
Fig.4.3. Results of the values of the principal strains.
ෳ⠨ᢥ₂
1) 㠽㙃㢬㓶㧘ਭ⚩ੑ㧘ޟ㘧ⴕᯏߩ᭴ㅧ⸳⸘ޠ(1992)㧘ᣣᧄ⥶ⓨᛛⴚදળ㧚 2) ᩙጊᅢᄦ㧘╣Ꮉብਯ㧘ޟCAEߦࠃࠆᯏ᪾ᒝᐲ⸳⸘ޠ(2005)㧘ጊᶏၴ㧚 3) ᣂᴛ㗅ᖝ㧘⮮ේḮศ㧘Ꮉፉቁᐘ㧘ޟ⥶ⓨᯏߩ᭴ㅧജቇޠ(1989)㧘↥ᬺ࿑ᦠ㧚
4) ⿒ᧁഞ㧘⍹ፋਭ㧘ᓼ᳗ବੑ㧘⫌↰㓶ੑ㇢㧘ᄤጟᤘ㧘ޟ⥶ⓨᯏ᧚ᢱޠ(1989)㧘ᣣᧄ⥶ⓨᛛⴚ දળ㧚
5) వㅴⶄว᧚࠺࠲ࡌࠬ㧘ቝቮ⥶ⓨ⎇ⓥ㐿⊒ᯏ᭴㧔JAXA㧕㧘http://www.jaxa-acdb.com