イプシロンロケット上段モータの 推進薬に対する超音波検査の適用
○木村憲志 , 山口洋幸 , 佐藤明良 , 湊将志（ IHI エアロスペース）
佐藤英一（ISAS/JAXA）
2014年12月16日
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上段モータに対する UT の適用方法
透過法
送信探触子をロケットモータ内部に配置し、受信探触子をロケットモータ外表面に 配置する方法で、受信探触子側の欠陥を検出するのに有効な手法である。
モータ断面図 2
送信探触子
受 信 探 触 子
（接触方式） 受 信 探 触 子
（非接触方式）
推進薬 超音波の伝播
透過法の評価方法
欠陥の評価については、対象部位表面の凹凸やノイズレベルに応じて、対象部 位毎に設定する必要があるが、健全部での透過波の超音波強度が１／２に低下 する範囲を欠陥と健全部の境界と考えて評価を行なった。
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超 音 波 強 度
透過した超音波波形
透過波０ 透過波1/2 透過波1
欠陥 送信
受信
透過法のＵＴシステム
固体推進薬は、超音波の高い音響減衰材料であるため、路程が長いほど入力信 号をより高出力にする必要があり、送信探触子への印加電圧の高電圧化（高電 圧パルサ・レシーバの開発）により必要な超音波の透過強度を得ている。
高電圧パルサー
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モータの直径(m)
推進薬の透過長さ(m)
0 1 2 3 1.0
0.5
観測ロケット
3段モータ
2段モータ 1段モータ
S310 S520
透過法のＵＴシステム
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受信探触子においては、検査作業の効率化ため、アレイプローブで広域の検査 を可能にした接触方式、および、接触方式が使用できない狭空間のため、非接触 方式を開発した。
火薬対策のケースに収納し、アレイ は薄膜フィルムを介して空気層に 超音波が伝搬する
推進薬に接触させる際には、
推進薬を傷付けないため探触 子にテフロンシューとゲルシー トを挟み込む
受信探触子
狭空間アレイプローブ(非接触）
送信探触子（接触）
受信探触子
広域アレイプローブ (接触）
全体 センサ部
ｾﾝｻ(96ch）
ｹﾞﾙｼｰﾄ
100
300 受信センサ32ｃｈ
透過法による適用結果
イプシロン２段ロケットモータに透過法を適用した部位（Ａ〜
E）をおよび適用結果
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推進薬 モータケース
透過法適用部位（Ａ〜E）
Ａ
送信探触子Ｂ
Ｃ Ｄ Ｅ
探傷部位Ｄ
探傷部位Ｂ
探傷部位Ａ 探傷部位Ｅ
(外面から見えない）
探傷部位Ｃ
(奥にあり外面から 見えない）
送信探触子
透過法による適用結果
探傷部位B部におけるY方向の超音波強度分布を示す。超音波ビームは 広い範囲に伝搬するので、その指向性に対応した基準線と、ケース表面 形状によるノイズの変動幅を加味した基準線の1/2を設定し、基準線の 1/2以下に超音波強度が低下する部分を評価すれば検査ができる。
モータケース 推進薬
送信探触子 0mm
Y方向
受信探触子
Y
方向位置
Y
方向の超音波強度分布 実測値
基準線
基準線の
1/27
この範囲に透過強度が ある場合、欠陥と評価
透過法による適用結果
探傷部位Ｅ部におけるY方向の平滑面と実機面の 超音波強度分布を示す。平滑面に対して実機面 が大きなバラツキを示している。これは超音波が ケース表面形状の影響により屈折してしまったた め、受信探触子に入射する透過波にバラツキが 出たと考えられる。
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受信探触子
推進薬
モータケース
送信探触子 Y方向
0mm
平滑面の透過波
ｹｰｽ表面 受信波
送信波
実機面の透過波
ｹｰｽ表面 受信波
送信波
透過法による適用結果
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適用受信探触子
適用結果 超音波透過性 ケース形状への
適用性 探触子の改善
探傷部位
Ａ 送信と同じ 〇 △ 必要
Ｂ 広域アレイプローブ 〇 〇 必要
Ｃ 狭空間アレイプローブ 〇 △ 必要
Ｄ 広域アレイプローブ 〇 〇 必要
Ｅ 狭空間アレイプローブ 〇 △ 必要
〇：適用可能 △：改善により適用可能
Ａ Ｂ
Ｃ Ｄ Ｅ
探傷部位Dの状況
：非接触式 ：接触式
透過法による課題および対策
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課題１
・接触式の広域アレイプローブの全チャンネルを十分活用できなかった。
課題２
・対象部位のモータケース表面の形状と考えられる影響で超音波強度に ばらつきが発生した。
対策１
・適正なチャンネル数、形状および対象部位表面に均等に接触させること ができる対策が必要である。
対策２
・対象部位表面の形状の平滑化および形状に追従できるプローブの開発
が必要である。
まとめ
課題を早期に具体的な対策を検討・適用し、実機への 適用性を確認する。また、平行して、 UT の手法のもう 1 つ の手法である反射法の可能性についても検討し進める。
UTの適用に際しては、その制約を考慮すると、単なる RT の置き換えではなく、過去の実績を踏まえた包括的な 品質保証の考え方が必要である。
固体ロケット製造での UT の適用は諸外国に例がない。
日本の固体ロケット技術を維持する基盤技術の１つが UT 技術であり、今後も継続した研究が必要である。
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