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ドローン知恵袋(Q&Aコミュニティ)

質問者:武田 諭(評価:4832)

ドローンの教科書 標準テキスト 36ページ

2021-12-01 20:36:36

フェイルセーフ構造は、それぞれ航空機のどの部分に使われているのでしょうか?

例えばバックアップ構造が飛行機の二重窓に使われている技術だとは聞いた事はありますが、

他のフェイルセーフ構造について、どのような使われ方をしているのでしょうか?

ご存知の方、教えていただけないでしょうか?

よろしくお願い致します。

回答者:武田 諭(評価:4832)

2021-12-05 22:11:30

回答してくれた皆様

色々と教えてくれて、ありがとうございました。

とても勉強になりました、またよろしくお願い致します。

回答者:藍の至高(評価:801)

2021-12-04 14:53:34

武田様

レダンダント構造を定義すると、
「ある荷重を分担する構造を複数以上の部材から構成し,それぞれの部材が荷重を分担して受け持ち,一つの部材が破壊しても,その部材の分担荷重を他の部材に分配させることで,強度低下を小さくする(構造を破壊させない)構造。」
となると思います。
「荷重を分担する構造」とすることが重要なので、「荷重を分担しない桁」を複数設けた場合には、それは「レダンダント構造」とは言えません。
ですので、「荷重を分担する桁が複数ある構造(多桁構造)をレダンダント構造」という、となると思います。

回答者:武田 諭(評価:4832)

2021-12-04 13:02:43

藍の至高様

色々と勉強になります。

桁という部材は翼の根本から伸びている大きな柱で、

小骨というのが外板の内側から支えている複数の柱という事ですね。

複数ある事によって1つが折れてしまっても他の小骨で支えるレダンダント構造という事ですね。

という事は桁という柱も複数ある場面のみレダンダント構造という事でしょうか?

回答者:藍の至高(評価:801)

2021-12-04 09:41:15

武田様
ご質問に対しての補足となります。
翼の構造の話となりますが、
翼は、桁(spar)、小骨(rib)、外板(skin)及び縦通材(じゅうつうざい)(stringer)で構成されています。
桁:翼根(胴体取付部)~翼端方向に設置される部材。
  複数桁を配置した場合、多桁構造(multispar structure)となります。
小骨:翼前縁~翼後縁方向に設置される部材で翼断面形をしている。
   桁同士(桁が複数ある場合)を繋ぐ部材。
外板:翼の表面を覆っている部材。
   一般的に我々が見ている翼。
縦通材:桁と平行に配置され、外板を支える部材。
    大型機では、翼の外板と縦通材は一体形成されているようです。

それぞれの部材同士を接合する部材・接合要領がありますが、ここでは省略します。
リブ構造も複数配置することで、荷重負荷を分散できるので、レダンダント構造と言ってよいと思います。

また、航空機は、ご存じの通り、推力、抗力、揚力、重力の4つの力が加わります。
このうち揚力は主として主翼で発生します。
重量のある航空機を浮かばせる(落ちないようにしている。)ための揚力を発生させるために主翼には大きな荷重(負荷)が加わっています。
このため、翼の構造設計(配置)は、かなりの工夫、経験が必要ですし、使用する材料の組み合わせも重要であると思います。

先の回答で、「外板」を「外販」と記述した場所がありますが、「外板」が正しいですので、訂正します。

ご理解の足しになれば幸いです。
以上です。

回答者:武田 諭(評価:4832)

2021-12-03 23:34:49

藍の至高さま

詳しく書いていただき、ありがとうございます。

レダンダント構造、翼の多桁というのはリブと呼ばれる小骨の事でしょうか?
調べたら造りがなんとなくレダンダント構造のような形でした。

ダブル構造は翼にも使われているのですね。
航空機にとって主翼はとても負荷がかかるという事ですね。

バックアップ構造が二重窓に使われているのは唯一ネット検索でも出てきました。

なるほど、ロードドロップ構造はフレーム等に亀裂が入った場合、補強材の所で止まると言う事ですね。

参考文献まで教えていただき、ありがとうございます。
図書館で探してみます。

詳しく教えていただき、ありがとうございました。

回答者:藍の至高(評価:801)

2021-12-03 21:14:49

武田様
 テキストにて勉強はしましたが、漠然とした理解であり、質問の「具体的にはどの部位」という観点は抜け落ちていました。
そこで、私なりに調べた内容を記載いたします。

1 レダンダント構造(redundant)
  荷重を伝達する部材が複数(多経路)あり、そのうち一つが破壊しても残った部材の荷重分担が増すだけで、構造全体としての強度低下が比較的小さくすむような構造。
  航空機で使用されている例:翼の多桁構造
  
2 ダブル構造
  一つの大きな部材で製造できる部分を、2個以上の部材を組み合わせて荷重を伝達する構造。
  大きな部材だといったんクラック(亀裂)が入ると全体に広がり強度を失い破壊を招きます。
  分割することにより、一つの部材にクラックが入ったとしても、他の部材に広がらずに、他の部材が荷重を受け持ってくれます。
  ただし、部材が増えることから、機体重量が増します。
  航空機で使用される例:翼の桁材

3 バックアップ構造
  通常は一つの部材がある荷重をすべて受け持っていた場合に、その部材が破壊すると致命的な状況に陥ります。
  そこで、その部材の破壊に備えて、その部材が破壊したとしても受け持っていた部材の荷重を全て肩代わり(バックアップ)する部材を持つ構造。
  航空機で使用される例:与圧室の二重窓ガラス。構造とは離れますが、油圧系統や操縦系統を複数持たせることもバックアップ(フェイルセーフ)といえます。  

4 ロードドロップ構造(荷重軽減構造)
  一般的に剛性の高い材料は、剛性の低い材料よりも多くの荷重を受け持つこととなります。
  仮に、外販に亀裂が入った場合、近くに補強材をもうけることにより、その補強材が荷重を分担して受け持ってくれるようにする構造。
  これにより、外板の亀裂がある長さ以上に進展すること防げます。
  航空機で使用される例:補強外板構造

以上となります。
(参考文献:航空機構造力学;小林繁夫;2014.6.2 プレアデス出版) 

私も勉強させていただきました。
ありがとうございます。

もし、他にご知見を有する方がいらっしゃいましたら、ご教示くだされば幸いです。

回答者:武田 諭(評価:4832)

2021-12-03 12:16:38

そのぴー様

ご回答ありがとうございます。

私も、そのぴー様のおっしゃる通りだと思います。

それぞれのフェイルセーフ構造が例えば「航空機のどの部分で」
使われているのかがずっと疑問でした。

回答者:そのぴー(評価:3834)

2021-12-03 11:10:16

ざっくり「万が一、一つの部品が壊れても(他の部品や構造でカバーして)致命傷に至らない」「万が一壊れても、安全側に壊れる」みたいな感じで私はフェールセーフを捉えています。電力網やコンピューターサーバ、車や家電などもフェールセーフ意識してシステム設計されているはずです。蛇足ながら。

回答者:武田 諭(評価:4832)

2021-12-03 10:43:15

りゅうたろ様

ボーイング737型機の話しもとても参考になります。

ドローンのフライトもお互いに気をつけましょう。ありがとうございました。

回答者:武田 諭(評価:4832)

2021-12-03 10:36:16

りゅうたろ様  

ご回答ありがとうございます。

例えばバックアップ構造にしても色々な場面で使われているのですね。

貴重な情報をありがとうございます。

今後、色々な場面で参考にさせていただきます。ありがとうございました。

回答者:りゅうたろ(評価:26832)

2021-12-03 01:22:07

思い出しましたが、1988年のハワイでのアロハ航空の事故の直前に、家族旅行で、同じ便に搭乗したことがあります。 ハワイ島からカウアイ島までの短い航程ではありましたが、機内は天井から断熱材がはみ出していたり、操縦は、まるで航空母艦の戦闘機のパイロットのように乱暴だったりで、特に着陸時の空母に着艦するような衝撃には、ほんとうにびっくりいたしました。
今はどうだか存じませんが、そのときには、日本と米国の航空の安全への考え方が違っていることを実感させられました。

帰国後1ケ月も経たないうちに、かの乗客が機壁とともに空中に放り出されるという信じがたい事故が起きたのでした・・・。 ニュースに接して、ぞーっとしたことを、いまでも覚えております。

揚力と推力に支えられているとは言え、空を飛ぶというのは、なかなか怖いものですね・・・。
ドローンでも、気をつけなければいけませんですね・・・。

以上、蛇足です・・・。

回答者:りゅうたろ(評価:26832)

2021-12-03 00:47:46

航空機のフェールセーフ構造は、金属疲労による機体の空中分解などの事故に対する安全対策として1950年代のコメット機の事故(1954年英国の民間旅客機の地中海での空中分解事故)を端緒として構築された技術です。

レダンダントは航空機の外板のリベットによる接合で、ダブルは窓枠で、バックアップとロードドロップは外板と機体フレームの接合で使われているとのことです。

1988年にアロハ航空のボーイング737型機で客室が剥がれ飛ぶという悲惨な事故をきっかけに超音波などを使った非破壊検査が導入され、損傷許容設計という定期的に機体を健康診断するという手法が導入され現在に至っているそうです。

以上、ご参考まで・・・。

回答者:武田 諭(評価:4832)

2021-12-02 17:20:02

申し訳ありません、少し質問の文章の意味が分かりにくかったです。

例えば「ダブル構造」を検索して調べると

「一つの大きな部材の代わりに2個以上の小さな部材を結合して,同等もしくはそれ以上の強度を持たせる。この場合,クラックが発生しても部材の合わせ面でくいとめられる。」

と出てきますが、それは「例えば」航空機のどの部分で使われている技術なのでしょうか?

ご存知の方、是非教えていただけないでしょうか?

よろしくお願い致します。

回答者:武田 諭(評価:4832)

2021-12-02 00:43:37

shinsuke様

ご回答ありがとうございます。

それはレダンダント構造になるのでしょうか?

回答者:shinsuke(評価:252)

2021-12-01 23:57:49

こんばんは例えばエンジンが複数搭載されていると一つ壊れても飛べるのでそれもフェイルセーフの一つだと思います。

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