Sikorsky Aircraft Corporation

Customer Profile: Michael Urban and Alan Dobyns

コネチカット州ストラットフォードの Sikorsky Aircraft Corporation の Michael

Urban は Structural Methods のマネージャーであり、Alan Dobyns はシニアエン

ジニアです。 United Technology Corporation の子会社である Sikorsky は、ヘリ

コプターの設計、製造、サービスの世界的リーダーです。 Urban、Dobyns やそ

の同僚は、重要なヘリコプターコンポーネントの構造的完全性を保証する責任が

あります。 過去には、テールローターやテールカバーなどのさまざまなバージ

ョンのコンポーネントを構築し、1 回のテストで 1,000,000 ドルのコストで鳥の

衝突に耐える能力をテストしました。

挑戦

かつて、シコルスキーは重要なヘリコプター部品を認証する

ための高価な鳥の衝突試験プログラムを実行しなければなり

ませんでした。 これらのテストは、プロトタイプコンポーネン

トを構築し、非常に精巧なリグでテストする必要があるため、

高額な費用が掛かりました。 例えば、テールローターが鳥の衝

突に耐える能力をテストするために使用されるリグは、ロータ

ー及びゼラチンの発射体を発射するためのガス砲を駆動する

正確な速度制御を提供する静圧駆動トランスミッションシス

テムを使用します。

ソリューション

MSC Dytran 陽解法有限要素解析ソフトウェアの導入

ベネフィット

シコルスキーは、MSC Dytran シミュレーションの予測値が

物理的テストと非常によくマッチすることを確認しました。現

在、Dytran シミュレーションを使用してコンポーネント設計を

最適化し、認証のための解析が正しいことを実証するためのテ

ストに用いています。このアプローチは、大幅なコスト削減を

もたらし、過去に可能だったよりも多くの設計選択肢を評価す

ることによって、より高いレベルの構造性能を提供することも

可能にしています。 シミュレーションにより多くの経験が得ら

れればテストを排除できる可能性もあります。

詳細

「過去に、ヘリコプターの部品に対する鳥の衝突イベントの

影響を予測することは、構造解析の機能によっては証明できま

せんでした。」Urban は言いました。「過去には、設計要件を満

たすために、数回から数十回の設計/構築/テストを繰り返し実

行する必要がありました。しかし、MSC Dytran は動的な衝撃

や衝突イベントに最適化されており、成功のチャンスがあると

感じました。我々は、S-92 Helibus ヘリコプターの鳥の衝突イ

ベントをシミュレートするために Dytran を使用することを試

みました。

シコルスキーのエンジニアは、フレックスビーム、トルクチ

ューブ、胴体に近いローターブレード用の梁要素と、鳥の衝突

点での翼端に近いローターブレード用にプレートと六角形要

素からなる有限要素モデルを作成しました。複合フレックスビ

ームは、可動部品を必要とせずにフラップおよびラグ方向の動

きを可能にすることによって、ローター内のベアリングを必要

とせずにローターのピッチを変更することを可能にします。ト

ルクチューブは、ピッチ軸にねじり剛性を与えるために使用さ

れます。構造モデルは、ラグランジュの有限要素で構成されて

います。解析には 2 種類の鳥モデルを使用しました。水の密度

と体積弾性率を持ち六角形要素からなるラグランジェモデル

の鳥と、有限差分メッシュを流れるオイラー流れで表現された

鳥です。オイラーの座標とラグランジュの座標の主な違いは、

ラングランジュの記述はある特定の節点を追っていくのに対

し、オイラーの記述は空間と時間の流れの中で材料の動きを観

察します。

ラグランジェ法による鳥は、鳥を表す要素に初期速度が与え

られ、構造の有限要素モデルに衝撃を与えます。マスター/スレ

ーブ接触インターフェースは、鳥の要素が構造体に荷重するよ

うに働きます。オイラー法を使用すると、鳥を表す要素は、

Dytran のゼネラルカップリングオプションを使用して構造要

素に荷重を適用します。オイラー鳥モデルは、（ラグランジェ法

による）水の材料定数を用いた鳥モデルよりも試験データとの

相関が良好でした。

「試験と解析の相関関係は、鳥の衝突に対するローターの設

計を成功させるのに十分近いものでした」と Dobyns 氏は述べ

ています。計算されたブレードのモーメントがテスト値の 2/3

であった一方で、フレックスビーム上の計算されたモーメント

は、テスト値の 2 倍から 1 倍までの範囲でした。フレックスビ

ームが臨界に近づいている間に、ローターブレードが通常、鳥

衝突負荷に必要とされるよりもはるかに強力であるため、この

レベルの精度は部品設計にとって許容可能です。フレックスビ

ームの負荷を過大予測すると、必要以上に強くなり、ブレード

のモーメントを過小評価することは、ブレード設計に対して

2.0 の最小限の安全マージンを維持することによって調整する

ことができます。

Sikorsky Aircraft Corporation について

Sikorsky Aircraft Corp.（コネチカット州ストラットフォード）

は、ヘリコプターの設計、製造、サービスの世界的リーダーで

す。シコルスキー航空宇宙サービス事業は、商業用ロータリー、

軍事用ロータリーおよび固定翼オペレーター用の先進的な物

流およびサプライチェーンソリューションを設計および展開

しています。コネチカット州ハートフォードに本拠を置くユナ

イテッド・テクノロジーズ・コーポレーションは、世界中の航

空宇宙産業および建築システム産業に幅広いハイテク製品と

サポートサービスを提供しています。シコルスキーヘリコプタ

ーは、40 カ国の軍事サービスおよび商業事業者と共に、米軍の

5 つの拠点すべてで使用されています。中心的な米軍の生産プ

ログラムは、米軍の BLACK HAWK ヘリコプターと米国海軍

の SEAHAWK ヘリコプターである Sikorsky H-60 の生産です。

CH-53E ヘリコプターと MH-53E 大型ヘリコプターは、米国海

軍と海兵隊が運用して人員や装備を輸送し、対機雷戦の戦闘任

務を行っています。