高度にクロスカップリングされたアクチュエーションスキームを備えたフルスケールの構造試験リグは、航空宇宙試験エンジニア固有の課題となっています。このような複雑な構成では、複数のアクチュエーターが同時に試験品の同じ部分に異なる力を加えるため、試験スケジュールに悪影響を及ぼしたり、開発プログラムを遅らせたりするエラーが発生する可能性があります。
このようなエラーを減らし、試験速度と効率を向上させるためのツールの一つが、MTS AeroPro™ 制御・データ収集ソフトウェアのユーティリティである C3 Performanceです。C3 としても知られている C3 パフォーマンスを利用すれば、テストチームは高度にクロスカップリングされたアクチュエーションスキームを効率的に管理することができ、繰り返し発生する多数の停止やインターロックを解決するためにテストスケジュールに余分な時間を設ける必要がありません。
この C3 のクロスカップリング補正技術は、カナダ国立研究評議会（NRC）および MTS Systems Corporation の専門家によって共同開発されました。今日ではこれは、Andre Beltempo 氏が構造試験エンジニアとして勤務しているカナダのフルスケール構造試験ラボである NRC において、標準の試験プロトコルとなっています。
「通常、すべての試験で C-cubed を使用しています」と Beltempo 氏は述べています。「フルスケールの疲労試験では、非常に複雑なアクチュエータの相互作用が見られます。だからこそ、必要なのです。」
>Beltempo 氏のチームは最近、大手ヘリコプターメーカーの技術デモンストレーションで C3 Performance を使用しました。疲労および静止試験プログラムが、高度な製造技術を駆使して製作された複合材製のテールブームを中心に実施されました。この試験は、FAA の要求する安全寿命公差に対する部品認証に使用されるものと同じものでした。
「テールローターのギアボックスのインターフェース取り付け部を見ると、2 台のリアアクチュエーターが両方とも同じ取り付け部に搭載されています」と Beltempo 氏。「クロスカップリング補正により（アクチュエータ間の）干渉を最小限に抑えることができます。」
この試験では、6 台のアクチュエーターと 400 万個のエンドポイントを用いて、平均周波数 0.5 Hzで、約 125 日間の夜間運転を実行しました。Beltempo 氏によると、この試験速度は、 C3 Performanceがなければ不可能だったとのことです。
「クロスカップリング補正がなければ、これほど早くはできなかっただろう」と彼は述べています。「夜間試験では、無人停止の心配をしなくて済むように、終了レベルを半分の速度で実行させる必要がありました。あらゆる疲労試験に対する当社の標準的なアプローチでは、試験を調整し、C-cubed を適用して、またすぐに調整します。剛性品で 2 倍ほどのスピードアップは見たことがありません。」
C3 Performance について Beltempo 氏が評価しているもう一つの点は、その全体的な使いやすさです。C3 Performance は、試験オペレーターが自分でセットアップできるため、ラボの時間をさらに増やすことができます。
「ハンズフリーなので、より重要な仕事に集中できます」と Beltempo 氏は述べています。「もし、そこに座って自分ですべての係数を計算しなければならないとしたら、今とは違ったものになっているでしょう。しかし、ボタンをクリックするだけで、それが実現できるのです。本当の意味での生産性の向上です。」
C3 Performanceの開発を支援した組織が、プロトコルの問題としてすべての疲労試験にそれを適用するのは当然のことですが、他のラボもこの強力なユーティリティの問題解決の可能性を見出しています。
ウィチタ州立大学の国立航空研究所（NIAR）の複合材料・先端材料研究室のテクニカルディレクターである Waruna Seneviratne 博士にとって、問題は睡眠不足でした。
Seneviratne 博士は、「特注の治具と作動装置という非常に特徴的な組み合わせで疲労試験を実行しており、試験スケジュールも非常に厳しいものでした」と述べています。「試験は一晩中実行されましたが、やっかいなエラーリミットトリガーが大量に発生しました。私たちのチームは真夜中にラボにやって来て、試験停止の原因を調べ、試験を再開しなければなりませんでした。私たちは遅れを取ることになりました。
この試験では、その多くが引退を控えている F/A-18 ホーネット機の複合材構造の疲労寿命を評価することに重点を置きました。同機の後継機が完成するのは 2019 年になるため、米海軍は同機の老朽化した複合材構造の耐用期間を安全に延ばす必要があります。
Seneviratne 博士の研究では、翼の付け根にある複合材とチタンの接合部には、まだ十分な耐用期間が残されていることを突き止めました。今回の試験では、複合材の外装を有する内翼全体を対象に拡大して研究を行いました。試験品には、内翼、後縁フラップ、センターバレルのほか、前縁フラップや外翼を模擬したものも含まれています。NIAR の研究チームは、特注の治具を用いて高強度のスチール製リグを精巧に構築し、大きな負荷をかけ、激しい操縦を再現する必要がありました。
「アクチュエータごとにストロークや負荷に大きな差があり、これが誤差の原因になっていると考えられました」と彼は言います。「誤作動を最小限に抑える方法が必要だったので、その検討を始めました。」
C3 Performance Performanceのセットアップおよび構成を担当したのは、Seneviratne 氏のチームの一員であるリサーチエンジニアの Travis Cravens 氏です。MTS のシステムエンジニアとアプリケーションエンジニアは、インストールおよびトレーニングを 1 日以内に完了し、ラボではすぐに結果を出すことができました。
「初日の終わりには、試験リグに機械的な変更を加えることなく、20 ％も速く実行できるようになりました」とCravens 氏は言います。“C3 Performance の習得とセットアップは非常に簡単で、すべてソフトウェア内で行われます。各ロードチャネルにユニットロードをかけてクロスカップリングマトリクスを作るだけで、各アクチュエータのステップが 1 つ増えることになります。」
試験セットアップを効率化するために、C3 Performance では、自動クロスカップリング補正係数を生成するユニットロードケースの採用で、クロスカップリングデータを手動で入力するという時間のかかる作業を排除しています。Seneviratne 氏は、このプロセスを適切な例えで表現しています。
「お互いに知らない 20 人のチームが同じプロジェクトに取り組んでいるようなものだ 」と彼は述べています。「ユニットロードは、その人達をお互いに紹介し、協力してより効率的に仕事ができるようにするための単なる手段です。」
Seneviratne 氏と Cravens 氏は、いくつかの追加チューニングを行うことで、試験速度を 24 ％向上させ、停止回数を大幅に削減することができました。
「これにより、私たちの試験のパフォーマンスが大幅に向上しました」と Cravens 氏は述べています。「負荷追従性が向上したことで、フィードバックの小さな乱れがエラーリミットを引き起こす可能性が格段に低くなり、結果的に試験の中断が少なくなりました。またエラーが減ったことで、1 時間あたりに実行するセグメント数も増えました。」
C3 Performance を使用する前は、NIARは、試験ブロックあたり平均 97 回の停止と 55 回のインターロックで、1 時間あたり最大 375 セグメントしか達成できませんでした。C3 Performance を用いると、平均 51 回の停止と 15 回のインターロックで、1 時間あたり 480 セグメントまで改善されました。
「停止回数が今までの 3 分の 1 になったことは、我々にとって大きな収穫でした」と Seneviratne 氏は述べています。「そのおかげで、何日かは一度も中断することなく、一晩中試験を行うことができました。これまではできなかった最大10時間試験が可能になり、スケジュールの上で非常に助かりました。」
C3 Performance により数週間が節約でき、Seneviratne 氏のチームは試験結果をスケジュール通りに提供できるようになりました。また、ラボの生産性も向上しました。チームは、より予測可能なスケジュールで活動できるようになり、他のプロジェクトに割く時間が増えました。リソースに限りがあるラボでは、これは重要なメリットになります。
「夜間に試験を実行し、日中に検査や修理ができるという確信があったからこそ、試験パスの効率を上げることができたのです」と Seneviratne 氏は語ります。「試験が夜間に無人で実行され、中断が最小限に抑えられたことで、私たちは上手く計画を立て、活動を調整することができました。」
このようなエラーを減らし、試験速度と効率を向上させるためのツールの一つが、MTS AeroPro™ 制御・データ収集ソフトウェアのユーティリティである C3 Performanceです。C3 としても知られている C3 パフォーマンスを利用すれば、テストチームは高度にクロスカップリングされたアクチュエーションスキームを効率的に管理することができ、繰り返し発生する多数の停止やインターロックを解決するためにテストスケジュールに余分な時間を設ける必要がありません。
この C3 のクロスカップリング補正技術は、カナダ国立研究評議会（NRC）および MTS Systems Corporation の専門家によって共同開発されました。今日ではこれは、Andre Beltempo 氏が構造試験エンジニアとして勤務しているカナダのフルスケール構造試験ラボである NRC において、標準の試験プロトコルとなっています。
「通常、すべての試験で C-cubed を使用しています」と Beltempo 氏は述べています。「フルスケールの疲労試験では、非常に複雑なアクチュエータの相互作用が見られます。だからこそ、必要なのです。」
>Beltempo 氏のチームは最近、大手ヘリコプターメーカーの技術デモンストレーションで C3 Performance を使用しました。疲労および静止試験プログラムが、高度な製造技術を駆使して製作された複合材製のテールブームを中心に実施されました。この試験は、FAA の要求する安全寿命公差に対する部品認証に使用されるものと同じものでした。
「テールローターのギアボックスのインターフェース取り付け部を見ると、2 台のリアアクチュエーターが両方とも同じ取り付け部に搭載されています」と Beltempo 氏。「クロスカップリング補正により（アクチュエータ間の）干渉を最小限に抑えることができます。」
この試験では、6 台のアクチュエーターと 400 万個のエンドポイントを用いて、平均周波数 0.5 Hzで、約 125 日間の夜間運転を実行しました。Beltempo 氏によると、この試験速度は、 C3 Performanceがなければ不可能だったとのことです。
「クロスカップリング補正がなければ、これほど早くはできなかっただろう」と彼は述べています。「夜間試験では、無人停止の心配をしなくて済むように、終了レベルを半分の速度で実行させる必要がありました。あらゆる疲労試験に対する当社の標準的なアプローチでは、試験を調整し、C-cubed を適用して、またすぐに調整します。剛性品で 2 倍ほどのスピードアップは見たことがありません。」
C3 Performance について Beltempo 氏が評価しているもう一つの点は、その全体的な使いやすさです。C3 Performance は、試験オペレーターが自分でセットアップできるため、ラボの時間をさらに増やすことができます。
「ハンズフリーなので、より重要な仕事に集中できます」と Beltempo 氏は述べています。「もし、そこに座って自分ですべての係数を計算しなければならないとしたら、今とは違ったものになっているでしょう。しかし、ボタンをクリックするだけで、それが実現できるのです。本当の意味での生産性の向上です。」
C3 Performanceの開発を支援した組織が、プロトコルの問題としてすべての疲労試験にそれを適用するのは当然のことですが、他のラボもこの強力なユーティリティの問題解決の可能性を見出しています。
ウィチタ州立大学の国立航空研究所（NIAR）の複合材料・先端材料研究室のテクニカルディレクターである Waruna Seneviratne 博士にとって、問題は睡眠不足でした。
Seneviratne 博士は、「特注の治具と作動装置という非常に特徴的な組み合わせで疲労試験を実行しており、試験スケジュールも非常に厳しいものでした」と述べています。「試験は一晩中実行されましたが、やっかいなエラーリミットトリガーが大量に発生しました。私たちのチームは真夜中にラボにやって来て、試験停止の原因を調べ、試験を再開しなければなりませんでした。私たちは遅れを取ることになりました。
この試験では、その多くが引退を控えている F/A-18 ホーネット機の複合材構造の疲労寿命を評価することに重点を置きました。同機の後継機が完成するのは 2019 年になるため、米海軍は同機の老朽化した複合材構造の耐用期間を安全に延ばす必要があります。
Seneviratne 博士の研究では、翼の付け根にある複合材とチタンの接合部には、まだ十分な耐用期間が残されていることを突き止めました。今回の試験では、複合材の外装を有する内翼全体を対象に拡大して研究を行いました。試験品には、内翼、後縁フラップ、センターバレルのほか、前縁フラップや外翼を模擬したものも含まれています。NIAR の研究チームは、特注の治具を用いて高強度のスチール製リグを精巧に構築し、大きな負荷をかけ、激しい操縦を再現する必要がありました。
「アクチュエータごとにストロークや負荷に大きな差があり、これが誤差の原因になっていると考えられました」と彼は言います。「誤作動を最小限に抑える方法が必要だったので、その検討を始めました。」
C3 Performance Performanceのセットアップおよび構成を担当したのは、Seneviratne 氏のチームの一員であるリサーチエンジニアの Travis Cravens 氏です。MTS のシステムエンジニアとアプリケーションエンジニアは、インストールおよびトレーニングを 1 日以内に完了し、ラボではすぐに結果を出すことができました。
「初日の終わりには、試験リグに機械的な変更を加えることなく、20 ％も速く実行できるようになりました」とCravens 氏は言います。“C3 Performance の習得とセットアップは非常に簡単で、すべてソフトウェア内で行われます。各ロードチャネルにユニットロードをかけてクロスカップリングマトリクスを作るだけで、各アクチュエータのステップが 1 つ増えることになります。」
試験セットアップを効率化するために、C3 Performance では、自動クロスカップリング補正係数を生成するユニットロードケースの採用で、クロスカップリングデータを手動で入力するという時間のかかる作業を排除しています。Seneviratne 氏は、このプロセスを適切な例えで表現しています。
「お互いに知らない 20 人のチームが同じプロジェクトに取り組んでいるようなものだ 」と彼は述べています。「ユニットロードは、その人達をお互いに紹介し、協力してより効率的に仕事ができるようにするための単なる手段です。」
Seneviratne 氏と Cravens 氏は、いくつかの追加チューニングを行うことで、試験速度を 24 ％向上させ、停止回数を大幅に削減することができました。
「これにより、私たちの試験のパフォーマンスが大幅に向上しました」と Cravens 氏は述べています。「負荷追従性が向上したことで、フィードバックの小さな乱れがエラーリミットを引き起こす可能性が格段に低くなり、結果的に試験の中断が少なくなりました。またエラーが減ったことで、1 時間あたりに実行するセグメント数も増えました。」
C3 Performance を使用する前は、NIARは、試験ブロックあたり平均 97 回の停止と 55 回のインターロックで、1 時間あたり最大 375 セグメントしか達成できませんでした。C3 Performance を用いると、平均 51 回の停止と 15 回のインターロックで、1 時間あたり 480 セグメントまで改善されました。
「停止回数が今までの 3 分の 1 になったことは、我々にとって大きな収穫でした」と Seneviratne 氏は述べています。「そのおかげで、何日かは一度も中断することなく、一晩中試験を行うことができました。これまではできなかった最大10時間試験が可能になり、スケジュールの上で非常に助かりました。」
C3 Performance により数週間が節約でき、Seneviratne 氏のチームは試験結果をスケジュール通りに提供できるようになりました。また、ラボの生産性も向上しました。チームは、より予測可能なスケジュールで活動できるようになり、他のプロジェクトに割く時間が増えました。リソースに限りがあるラボでは、これは重要なメリットになります。
「夜間に試験を実行し、日中に検査や修理ができるという確信があったからこそ、試験パスの効率を上げることができたのです」と Seneviratne 氏は語ります。「試験が夜間に無人で実行され、中断が最小限に抑えられたことで、私たちは上手く計画を立て、活動を調整することができました。」