航空宇宙の試験
航空宇宙産業は、経済的にも戦略的にも非常に重要な主要技術です。自律飛行および無人飛行、つまり高度航空モビリティ (AAM) および無人航空システム (UAS) の開発は、現在、飛行管理および制御システムの大幅な進歩の中で本格化しています。今日の新宇宙時代において、民間企業は確立された宇宙機関と協力し、増大する宇宙打上げサービスの需要に応えるために、世界中で独自のロケット打上げシステムの開発に熱心に取り組んでいます。航空業界をサステナブルな未来に導く目標のもと、中期的にはSustainable Aviation Fuels（SAF）を基にした駆動システムの開発が加速しており、長期的には水素を活用した駆動システムの開発が進められています。既存の航空機フリートは近代化が進み、航空機のメンテナンス、修理、オーバーホール（MRO）の需要が絶えず増加しています。
-253℃（20K）の超低温から2000℃までの 高温 までの材料試験を行う試験システムを提供することで、より効率的で軽量な材料と構造の開発をサポートしています。金属材料、繊維強化プラスチック、サンドイッチ複合材、セラミック材料、航空宇宙産業で使用されるファスナーの機械試験に関する当社の専門知識、長年にわたる経験、深い理解をご覧ください。ツビックローエルの静的および動的材料試験機は、世界中の航空宇宙顧客によって、あらゆる技術準備度レベル（TRL）で使用されており、 NADCAP認定試験ソリューションをサポートしています。
アルミニウム合金は、有利な重量特性と確立された製造プロセスおよび計算方法から、航空宇宙構造物で広く使用されています。チタン合金は、別の軽金属のクラスで、非常に有利な重量特性を持ち、アルミニウムと比較してはるかに高い耐食性と非常に優れた高温特性を有しています。そのため、機械的に高い応力がかかる部品やエンジン部品に特に使用されています。規模が小さいながらも、高強度鋼合金は同様に高い応力にさらされる構造部品に見られます。
金属のアディティブ製造プロセスの重要な進展により、従来の製造プロセスでは実現できなかった非常に複雑な軽量構造の設計が可能になりました。金属材料、特に軽金属とその合金は、航空機や宇宙システムの設計と製造において重要な役割を果たしています。
金属の重要な試験規格
静的な試験方法に加えて、金属材料の疲労試験は、実際の負荷条件下で使用される航空宇宙構造物の金属材料の挙動を決定する上で重要な役割を果たしています。ツビックローエルの試験システムでは、一般的な 金属規格をすべてカバーしています。標準化されたソリューションに加えて、異なるレベルのカスタマイズされた適応および金属用の自動化された試験システムも提供しています。
繊維強化プラスチックとサンドイッチコンポジット
その優れた重量特性の機械的性質から、繊維強化プラスチックとサンドイッチコンポジットは、航空宇宙技術で使用される軽量構造物において確立されています。特に炭素繊維強化プラスチック（CFRP）製の積層材は、有利な疲労特性により、航空宇宙構造物の簡略な構造と設計をサポートしています。従来の金属材料と比較して高い耐食性も、繊維強化プラスチックがこの産業で使用される別の理由です。航空宇宙産業は、複合材料システム、製造プロセス、および複合積層材やサンドイッチコンポジットの特性試験方法の連続的な開発において先駆者であり続けています。
室温での静的および動的試験の幅広い範囲に加えて、航空宇宙構造物の複合材料に対する試験は、しばしば定義された温度範囲で行われます。これは -55 ℃（-67 ℉）から121 ℃（250 ℉）までの範囲を指します。現在、近年急激に進化してきた代替的かつ持続可能な駆動コンセプトの開発と、大型航空機にとって最も有利な選択肢である超低温（-253 ℃または20K）での液体水素の貯蔵は、静的および疲労試験をますます注目させています。
宇宙航空業界における重要な複合材試験規格
| 試験方法 | 規格 | エアバス / ボーイング工場規格 |
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| 複合材料引張試験 |
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| 複合材料圧縮試験 |
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| 面内せん断試験 |
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| 複合材の曲げ試験 |
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| 積層間せん断強さ ILSS |
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| 衝撃後圧縮 CAI |
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| ベアリングレスポンスとジョイントの強度 |
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| 層間エネルギー解放率 |
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航空機エンジンで使用される金属材料の高温挙動を評価するためには、主に1,200℃までの引張試験が、高温炉を備えた静的材料試験機を使用して実施されます。試験機を標準の温度槽と高温炉と組み合わせることで、低温から1,200℃まで幅広い温度範囲をカバーしています。極端な条件下で高い応力がかかる部品の信頼性と耐久性を評価するために、高温金属はクリープ試験やクリープ疲労試験にもさらされ、さまざまな温度レベルでのクリープ限界とクリープ強度特性を決定します。これにより、お客様は新しい高温合金の挙動を理解し、特定の用途に適した材料を選択し、高温にさらされる部品の設計に適したデータを提供できます。
セラミックマトリックスコンポジット（CMCs）の機械的負荷容量も、極めて高い温度である最大2,000℃まで試験できます。CMCsの特定の用途における適格性は、引張り、圧縮、せん断、曲げ、クリープおよびクリープ疲労試験を基に評価されます。CMCsが実際の運転条件下で試験されるようにするために、試験は真空および不活性ガス条件下で650℃から2,000℃の温度範囲で行われることがあります。
ツビックローエルの高温試験システムは、最大温度までの非接触ひずみ測定もサポートしています。従って、従来の接触測定システムによる感度のある試験片の早期故障を防ぐことができます。自動および適応型の高温コントローラーは、高精度な温度制御を確保し、オペレーターエラーを防ぎます。高温試験に頻繁に必要とされる犠牲試験片の使用は不要となります。
宇宙打ち上げシステムで使用されるさまざまな液体燃料は、極低温まで冷却する必要があります。これらの選択は、ミッションの具体的な要件、希望される性能、液体燃料の製造における技術的な可能性に依存します。航空宇宙産業の宇宙打ち上げシステムの開発に数十年の経験があり、超低温でのさまざまな材料の挙動に関する知識も蓄積されています。しかし、この知識は広く共有されておらず、新しい材料システムには存在しません。さらに、以前に製造されたロケットは単発の打ち上げを目的として設計されていましたが、現在の一部のシステムは複数回の打ち上げと再利用を目的としています。航空の将来的なサステナブルな駆動コンセプトでは、液体水素を使用することが長期の目標とされており、その際には-253℃（20K）で船内に保管する必要があります。
現代の商業航空機の非常に長い寿命は、超低温での静的な材料の挙動だけでなく、船内システムの構築に使用される材料の疲労挙動がますます焦点となっています。過去の宇宙旅行からの超低温での材料挙動に関する先行研究は、航空分野での将来の展開には限定的にしか適用できません。
ツビックローエルは、金属材料、非強化プラスチックおよび繊維強化プラスチックの材料特性評価に使用される向けの静的および動的試験ソリューションを提供しています。 達成される極低温に応じて、浸漬クライオスタット（77K）と連続流クライオスタット（室温から15Kまで）の間で選択が行われます。
航空宇宙アプリケーションおよび防衛技術用の金属部品およびコンポーネントは、信頼性、寿命、および機能の完全性の面で最も厳しい要求事項に対応しています。これらの要求事項は、時折極端な運転条件下でのものもあります。航空宇宙産業で使用される安全寿命設計原則では、たとえば、これらのガイドラインに基づいて設計されたコンポーネントは、予定されたサービス寿命中に故障や機能不全が発生することはありません。そのため、金属コンポーネントは緻密なプロセスモニタリングと精密な品質管理手法を受けています。このような状況では、硬さ試験 も重要な役割を果たします。
ツビックローエルは、確立されたすべての硬さ試験方法および国際試験基準を満たす硬さ試験機を提供しています。
