飛行試験：アプリケーション環境の概要

使用される加速度計

さまざまな試験および評価方法のうち、飛行試験は航空機の開発、設計、および検証において最も重要なものの１つです。数学モデル、安全性、快適性、および性能目標が、実際の飛行条件下での各航空機システムの特定の試験を通じて検証されます。

飛行機の構造、着陸装置、エンジン、電気、油圧などのシステムが評価され、温度、圧力、振動、荷重、変位、流量などの物理量がリアルタイムで監視されます。試験では、飛行包囲線、構造フラッタ、航空機の安定性、自然な失速、操縦特性などを調査して検証します。データは通常、飛行機に搭載されたデータ収録装置によって保存され、テレメトリステーションを介して地上でバックアップされます。

試験時間の制限と試作品の数が限られているので、飛行試験は非常に高コストです。飛行試験のためには、大規模な準備と細心の注意を払った事前設定は絶対的に重要であり、失敗を許容する余地はほとんどありません。最良の結果を得るためには、１つの測定システムに、別々の測定検証チャンネルを組み入れる必要があります。

飛行試験で非常に要求の厳しい環境で計測を実施する際、計装の課題は数多くあります。そのような課題について、動的計測機器の専門家であるPatrick L. Walter博士は次のように述べています。

「航空機は、滑走路では+54℃の高温にさらされる可能性があります。飛行中は、外気温は-35℃まで下がるかもしれません。そして、ロケットシステムはもっと極端な温度にさらされます。これらの温度変動は、さまざまなセンサに影響を与えることに加えて、内部結露や氷形成を引き起こす可能性があり、それは飛行機に搭載された測定システムの部品の電気インピーダンスを下げます。さらに、乱気流、エンジンの燃焼やモータの過熱、機器の投棄、兵器の投下、衝撃波音、多段分離などにより、さまざまな時点で飛行体の構造に歪みや加速度が発生します。音響ノイズは、機体または構造体を介してその内部に伝達されます。前述の中で加速度を誘発するいくつかの事象は、高レベルの火工衝撃をもたらす可能性があります。飛行中は、予想されるか否かにかかわらず、飛行体がレーダーで照射される可能性があります。さらに、無線周波数が飛行体によって受信されたり、飛行体から放射されたりする可能性があります。雪やみぞれだけでなく、雷や雷雨がランダムに発生する可能性があり、飛行体への機械的、熱的、電気的な入力が発生します。最後に、試験用飛行体には、数多くの計装配線が含まれることがあります。これらの配線は、ミリボルトレベルの信号しか伝送しないため、適切なS/N比を維持するのは困難な課題です。」

この不安定な測定環境の中で、飛行試験計装の最も困難な課題は、音や振動データの動的測定です。通常、動的測定は加速度計により実現されます。一般的に使用されている２種類の加速度計は、圧電型（AC応答）と容量型または圧電抵抗型（DC応答）です。それらの役割は、正確な測定を行うことができる周波数範囲によって決まります。

例えば、低周波での全体構造モードを含むことが多いフラッタ試験は、一般的にACまたはDC応答の加速度計を使用して行われています。圧電型加速度計は、仕様にある低周波数限界を下回る事象を正確に測定することができないため、低周波成分の測定はDC応答の加速度計によって行います。

標準のDC応答飛行試験用加速度計は、３つの方法の組み合わせによって校正できます。

1. 加速度計は180度反転することができ、地球重力場を正確に測定します。
2. 加速度計は校正用加振器で励起し、その出力を複数の周波数で基準加速度計と比較します。
3. ダイナミックレンジの校正（周波数0 Hz）は、遠心分離機に加速度計を取り付け、その振幅測定機能を校正することができます。

飛行試験で使用される圧電型（AC）加速度計は、２つの方法で校正できます。

1. DC加速度計について前述した試験と同じように、圧電型加速度計を適切な固定具に取付けて弾性支持から落とすことで、地球重力場で加速することができます。0から1gまでのこの変化は、加速度計の感度が経時的に安定していることを確認するために使用できます。この試験では、加速度計の時定数も評価します。
2. DC応答加速度計と同様に、AC加速度計は、校正シェーカー上に取り付けて、様々な周波数で励起し、その出力を基準加速度計の出力と比較することができます。これにより、基準加速度計に対して、加速度計の感度と位相精度の両方を校正できます。