イプシロンロケット上段モータの 推進薬に対する超音波検査の適用

イプシロンロケット上段モータの
推進薬に対する超音波検査の適用
○木村憲志, 山口洋幸, 佐藤明良, 湊将志（IHI エアロスペース）
佐藤英一（ISAS/JAXA）
2014年12月16日
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上段モータに対するUTの適用方法
送信探触子をロケットモータ内部に配置し、受信探触子をロケットモータ外表面に
配置する方法で、受信探触子側の欠陥を検出するのに有効な手法である。
透過法
受信探触子
（接触方式）
受信探触子
（非接触方式）
超音波の伝播
推進薬
送信探触子
モータ断面図
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透過法の評価方法
欠陥の評価については、対象部位表面の凹凸やノイズレベルに応じて、対象部
位毎に設定する必要があるが、健全部での透過波の超音波強度が１／２に低下
する範囲を欠陥と健全部の境界と考えて評価を行なった。
透過波０
透過波1/2
透過波1
送信
受信
欠陥
超
音
波
強
度
透過した超音波波形
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透過法のＵＴシステム
高電圧パルサー
推進薬の透過長さ(m)
固体推進薬は、超音波の高い音響減衰材料であるため、路程が長いほど入力信
号をより高出力にする必要があり、送信探触子への印加電圧の高電圧化（高電
圧パルサ・レシーバの開発）により必要な超音波の透過強度を得ている。
1.0
2段モータ
1段モータ
3段モータ
0.5
観測ロケット
S310 S520
0
1
2
3
モータの直径(m)
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透過法のＵＴシステム
受信探触子においては、検査作業の効率化ため、アレイプローブで広域の検査
を可能にした接触方式、および、接触方式が使用できない狭空間のため、非接触
方式を開発した。
送信探触子（接触）
推進薬に接触させる際には、
推進薬を傷付けないため探触
子にテフロンシューとゲルシー
トを挟み込む
受信探触子
狭空間アレイプローブ(非接触）
受信センサ32ｃｈ
受信探触子
広域アレイプローブ
(接触）
ｹﾞﾙｼｰﾄ
火薬対策のケースに収納し、アレイ
は薄膜フィルムを介して空気層に
超音波が伝搬する
100
300
全体
ｾﾝｻ(96ch）
センサ部
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透過法による適用結果
イプシロン２段ロケットモータに透過法を適用した部位（Ａ∼E）をおよび適用結果
モータケース
送信探触子
Ｃ
Ｄ
Ｅ
推進薬
Ｂ
Ａ
探傷部位Ｅ
(外面から見えない）
探傷部位Ｄ
探傷部位Ｃ
(奥にあり外面から
見えない）
送信探触子
透過法適用部位（Ａ∼E）
探傷部位Ａ
探傷部位Ｂ
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透過法による適用結果
探傷部位B部におけるY方向の超音波強度分布を示す。超音波ビームは
広い範囲に伝搬するので、その指向性に対応した基準線と、ケース表面
形状によるノイズの変動幅を加味した基準線の1/2を設定し、基準線の
1/2以下に超音波強度が低下する部分を評価すれば検査ができる。
モータケース
推進薬
Y方向
Y方向の超音波強度分布
実測値
基準線
0mm
基準線の1/2
受信探触子
送信探触子
この範囲に透過強度が
ある場合、欠陥と評価
Y方向位置
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透過法による適用結果
モータケース
探傷部位Ｅ部におけるY方向の平滑面と実機面の
超音波強度分布を示す。平滑面に対して実機面
が大きなバラツキを示している。これは超音波が
ケース表面形状の影響により屈折してしまったた
め、受信探触子に入射する透過波にバラツキが
出たと考えられる。
Y方向
0mm
受信探触子
送信探触子
推進薬
受信波
ｹｰｽ表面
送信波
平滑面の透過波
受信波
ｹｰｽ表面
送信波
実機面の透過波
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透過法による適用結果
〇：適用可能
△：改善により適用可能
適用結果
適用受信探触子
探 傷 部 位
超音波透過性
ケース形状への
適用性
探触子の改善
Ａ 送信と同じ
〇
△
必要
Ｂ 広域アレイプローブ
〇
〇
必要
Ｃ 狭空間アレイプローブ
〇
△
必要
Ｄ 広域アレイプローブ
〇
〇
必要
Ｅ 狭空間アレイプローブ
〇
△
必要
：非接触式
Ｃ
Ｂ
Ａ
Ｄ
：接触式
Ｅ
探傷部位Dの状況
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透過法による課題および対策
課題１
・接触式の広域アレイプローブの全チャンネルを十分活用できなかった。
課題２
・対象部位のモータケース表面の形状と考えられる影響で超音波強度に
ばらつきが発生した。
対策１
・適正なチャンネル数、形状および対象部位表面に均等に接触させること
ができる対策が必要である。
対策２
・対象部位表面の形状の平滑化および形状に追従できるプローブの開発
が必要である。
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まとめ



課題を早期に具体的な対策を検討・適用し、実機への
適用性を確認する。また、平行して、UTの手法のもう1つ
の手法である反射法の可能性についても検討し進める。
UTの適用に際しては、その制約を考慮すると、単なる
RTの置き換えではなく、過去の実績を踏まえた包括的な
品質保証の考え方が必要である。
固体ロケット製造でのUTの適用は諸外国に例がない。
日本の固体ロケット技術を維持する基盤技術の１つがUT
技術であり、今後も継続した研究が必要である。
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