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アイソグリッドは、通常、一体型の三角形の補強ストリンガーを備えた単一の金属板から形成された、部分的に中が空洞になった構造の一種です。マクドネル・ダグラス（現在はボーイングの一部）によって特許が取得されました。 [年が必要] [1] アイソグリッドは非常に軽量で剛性があります。[2]他の材料と比較して製造コストが高いため、宇宙飛行用途と一部の航空宇宙用途に限定されています。[出典が必要]
理論と設計
アイソグリッド構造は、サンドイッチ構造の複合パネルに関連しています。どちらも、分離された硬い表面シートと軽量の相互接続層を持つ構造を説明するサンドイッチ理論を使用してモデル化できます。サンドイッチ複合構造の閉じたシートとフォームまたはハニカム構造と比較すると、アイソグリッドは単一の材料シートから製造され、大規模な三角形の開口部とフランジへの開いたパターンを備えています。
アイソグリッド構造は、格子構造で補強された薄い外皮で構成されています。このような構造は、構造的耐性と軽量性の両方を備えているため、航空業界で採用されています。[4]
三角形のパターンは、材料を節約し、重量を節約しながら剛性を維持するため、非常に効率的です。[引用が必要]アイソグリッドという用語は、構造が等方性材料のように動作し、どの方向で測定しても等しい特性を持つため使用され、グリッドはシートと補強材の構造を指します。[引用が必要]
同様のバリエーションとして、三角形ではなく長方形の開口部を使用するオルソグリッド(ワッフルグリッドと呼ばれることもあります)があります。これは等方性ではありません (角度によって特性が異なります) が、多くのユース ケースに適合し、製造も簡単です。
伝統的に、正三角形のパターンは、簡略化された解析に適しているため使用されていました。[5] [6]正三角形のパターンは等方性の強度特性（優先方向がない）を持つため、アイソグリッドと名付けられました。[5]
製造業
アイソグリッドの補強材は、通常、アルミニウムなどの単一シートの片面からCNC フライス盤で加工されます。厚さが0.04インチ（1.0 mm）未満の場合、化学フライス加工が必要になる場合があります。[7]
全体的な材料費と製造費の削減、多孔度などのパラメータを制御しながら高い効率性と精度を実現できることから、積層造形技術への大きな推進力となっている。また、テスト目的のプロトタイプ製造の容易さも大きな貢献を果たしている。[8]
複合アイソグリッドはリブスキン構成であり、リブの少なくとも一部はスキンとは異なる材料でできており、複合材はさまざまな手動または自動プロセスによって組み立てられます。[9] これにより、非常に高い強度と重量の比が得られます。[10]
用途
アイソグリッド パネルは、航空機や宇宙船など、軽量、剛性、強度、損傷耐性が重要となる自己補強構造を形成します。航空宇宙用アイソグリッド構造には、高 G 負荷下で上段ステージとペイロードの全重量を支える必要があるペイロード シュラウドとブースターが含まれます。外側に 1 枚の密閉シートがあるオープン構成のため、推進剤を密閉しながらも使用時やメンテナンス時に排出できるようにすることが必要なロケットの推進剤タンクに特に役立ちます。[要出典]
例
アイソグリッド構造を使用する宇宙船や打ち上げロケットには以下のものがあります。
- デルタファミリー[5] [11]
- アトラス族[12]
- スカイラブ宇宙ステーション軌道ワークショップモジュール[5]
- SLSコアステージ[13]
- CST-100 スターライナー[14]
- スペース Xクルードラゴン[15]
オーソグリッド
Orthogrid (ワッフル グリッドとも呼ばれます) は、isogrid に似ていますが、正方形のパターンを持ちます。次に例を示します。
- サターンロケットタンクは、コストが低く製造が容易であるため[16]
- バルカンロケット[17]
- 新しいグレンロケットタンク
- スペース・ローンチ・システムのコアステージタンク
参照
参考文献
- ^ Huybrechts, Steven M.; Hahn, Steven E.; Meink, Troy E. (1999年7月5日～9日)。グリッド補強構造：製造、分析、設計方法の調査(PDF)。1999年国際複合材料会議の議事録。パリ、フランス。2020年1月10日閲覧。
マクドネル・ダグラス社（現在はボーイング社の傘下）は、最初のアルミニウム製アイソグリッドの開発に関する特許権を保有しています。
- ^ Black, Jonathan T. (2006). NEW ULTRA-LIGHTWEIGHT STIFF PANELS FOR SPACE APERTURES (PhD). ケンタッキー大学博士論文. 2020年1月10日閲覧。
- ^ 米国特許 4012549、ポール・スライシュ、「高強度複合構造」、1974 年 10 月 10 日公開、1977 年 3 月 15 日発行
- ^ Sorrentino, L.; Marchetti, M.; Bellini, C.; Delfini, A.; Albano, M. ( 2016-05-20 ). 「複合材料におけるアイソグリッド構造の設計と製造：数値的および実験的結果」。複合構造。143 : 189–201。doi :10.1016/ j.compstruct.2016.02.043。ISSN 0263-8223 。
- ^ abcd McDonnell Douglas Astronautics Company (1973年2月). Isogrid Design Handbook (PDF) (技術レポート). NASA. p. 1.0.002 (12/252). NASA CR-124075 . 2020年1月10日閲覧。
- ^ Meyer, R. R; Harwood, OP (1973 年 10 月 1 日) [1973]. アイソグリッド設計ハンドブック. マーシャル宇宙飛行センター. 19730000395.
- ^ Slysh, Paul. 「The Isogrid」。2012年3月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年5月27日閲覧。
- ^ Tripathi、Kukreja、Madan。「CAM と付加的技術によるグリッド補強構造の製造の進化」。Research Gate。
{{cite web}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク) - ^ Huybrechts, Steven; Troy E. Meink; Peter M. Wegner; Jeff M. Ganley (2002). 「先進的なグリッド補強構造の製造理論」。複合材料パートA：応用科学と製造。33 （2）。エルゼビア：155– 161。doi ： 10.1016 /S1359-835X（01）00113-0。2016年3月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2012年5月26日閲覧。
- ^ Wegner, Peter M.; Higgins, John E.; VanWest, Barry P. (2002). 「ミノタウルスペイロードフェアリングへの先進グリッド補強構造技術の応用」。第43回AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC構造、構造力学、材料会議。デンバー、コロラド州。2012年5月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ Knighton, DJ (1972年9月1日) [1972]、「デルタ打ち上げロケットのアイソグリッド構造NASTRAN解析」、Nastran: ユーザーエクスペリエンス、ゴダード宇宙飛行センター、hdl :2060/19720025227、2021年1月29日時点のオリジナルよりアーカイブ、 2017年7月7日取得
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- ^ カイル・エド（2014年1月26日）「NASAのスペース・ローンチ・システムとオリオンの進捗状況」スペース・ローンチ・レポート。2014年4月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2020年1月10日閲覧。
ボーイングのSLSコアにはアイソグリッドで機械加工されたAL-2219アルミニウムが使用される。
- ^ ヤング、アンソニー（2014年6月23日）。「ボーイング社、ケネディ宇宙センターでCST-100の進捗状況を展示」。スペースレビュー。スペースニュース。 2017年10月25日閲覧。
- ^ 編集者、SpaceRef (2010-10-05)。「SpaceXアップデート：COTSデモンストレーションフライト1（写真付き）」。SpaceRef 。 2022年11月3日閲覧。
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外部リンク
- 等グリッド プレート モデリング、ウィリアム ケース博士、1997 年
- アイソグリッド設計ハンドブック、NASA CR-124075、マクドネル・ダグラス、1973
- 高度なグリッド補強複合構造 2006-04-22 にWayback Machineでアーカイブ
- Isogrid - シェル構造ツール、1990 2011-07-13 にWayback Machineでアーカイブ
- サーフボードの製造に使用されるクォーターアイソグリッド
ウィキメディア・コモンズには、 Isogridに関連するメディアがあります。