宇宙航空試験
宇宙航空産業は、極めて高い経済的・戦略的重要性を有する基幹技術分野です。自律飛行や無人飛行の開発 - 先進エアモビリティ（AAM）や無人航空システム（UAS） -は、飛行管理・制御システムの大幅な進歩を背景に、現在まさに本格化しています。今日の新宇宙時代において、民間企業は確立された宇宙機関と協力し、高まる宇宙打ち上げサービスへの需要に応えるべく、世界中で独自のロケット打ち上げシステムの開発に精力的に取り組んでいます。航空業界を持続可能な未来へと導くことを目標に、中期的には持続可能な航空燃料（SAF）、長期的には水素をベースとした駆動システムの開発が加速しています。既存の機体はリニューアルが進められており、航空機の整備・修理・オーバーホール（MRO）の需要は絶えず増加しています。
-253°C（20K）の極低温での材料試験から最大2000°Cまでの高温における材料試験機により、より効率的な軽量材料および構造の開発をツビックローエルはサポートしています。金属材料、繊維強化プラスチック、サンドイッチ複合材料、セラミック材料の機械試験、および宇宙航空産業で使用される締結部品の試験に関する当社の専門知識、長年の経験、そしてアプリケーションへの深い理解をご活用ください。ツビックローエルの静的・動的材料試験機は、世界中の宇宙航空産業のお客様において、あらゆる技術成熟度（TRL）の段階で使用されており、NADCAP認定の試験ソリューションをサポートしています。
金属 複合材 高温 極低温 締結部材 硬さ試験 顧客プロジェクト
アルミニウム合金は、その優れた重量比特性と、確立された製造プロセスおよび計算手法により、宇宙航空構造において広く使用されています。チタン合金も軽量金属の一種であり、優れた重量比特性、アルミニウムと比較してはるかに高い耐食性、そして非常に優れた高温特性を備えています。そのため、機械的に高い応力がかかる部品やエンジンコンポーネントに特に使用されています。小規模な例として、高張力鋼合金も同様に高い応力を受ける構造部品に使用されています。
金属の積層造形（アディティブ・マニュファクチャリング）プロセスの大幅な進歩により、従来の製造プロセスでは実現不可能だった、非常に複雑な軽量構造の設計が可能になりました。金属材料、特に軽金属とその合金は、航空機や宇宙システムの設計・製造において重要な役割を果たしています。
繊維強化プラスチックおよびサンドイッチ複合材料
その優れた比強度・比剛性により、繊維強化プラスチックおよびサンドイッチ複合材料は、宇宙航空技術における軽量構造材として確固たる地位を築いています。特に炭素繊維強化プラスチック（CFRP）製の積層板は、その有利な疲労特性により、宇宙航空構造の構築と設計の簡素化を可能にしています。既存の金属材料と比較して耐食性が高いことも、宇宙航空産業で繊維強化プラスチックが使用される理由の一つです。宇宙航空産業は、複合材料システム、製造プロセス、そして積層複合材料やサンドイッチ複合材料の特性評価のための機械試験方法の継続的な開発において、常に先駆的な役割を果たしてきました。
常温での多様な静的・動的試験に加え、宇宙航空構造向け複合材料の試験は、-55°C（-67°F）から121°C（250°F）の規定温度範囲内で行われることも頻繁にあります。近年、代替的で持続可能な駆動コンセプトの開発が急速に加速しています。また、大型航空機にとって最も有利な選択肢である極低温での液体水素貯蔵に関しても、-253°C（20K）という超低温環境下での静的・疲労試験がますます注目を集めています。
複合材料試験に関してさらに詳しく 極低温試験に関してさらに詳しく
宇宙航空業界における重要な複合材試験規格
| 試験方法 | 規格 | エアバス/ボーイング工場規格 |
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| 複合材引張試験 |
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| 複合材圧縮試験 |
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| 面内せん断試験 |
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| 複合材 曲げ試験 |
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| 積層間せん断強さ ILSS |
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| 衝撃後圧縮 CAI |
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| ベアリング応力および接合強度 |
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| 層間エネルギー解放率 | モード I DCB 試験
| モード II ENF 試験
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航空機エンジンに使用される金属材料の高温特性を評価するため、加熱炉を備えた静的材料試験機を用いて、主に1200°Cまでの引張試験が実施されます。材料試験機に標準的な恒温槽と高温炉を組み合わせることで、低温から1,200°Cまでのさらに広い温度範囲をカバーできます。極限条件下における高応力部品の信頼性と耐久性を評価するため、高温用金属材料に対してクリープ試験およびクリープ疲労試験を行い、様々な温度レベルにおけるクリープ限界やクリープ強度特性を特定します。これにより、エンドユーザーは新しい高温合金の特性を理解し、特定の用途に適した材料を選定できるほか、高温にさらされる部品の設計に最適なデータを得ることが可能になります。
セラミックス基複合材料（CMC）の機械的負荷容量も、最大2,000°Cという極めて高い温度で試験可能です。特定の用途に対するCMCの適合性は、引張、圧縮、せん断、曲げ、クリープ、およびクリープ疲労試験に基づいて評価されます。CMCを実際の使用条件下で試験するため、650°Cから2,000°Cの温度範囲において、真空または不活性ガス雰囲気下で試験を行うことができます。
ツビックローエルの高温試験システムは、最高温度まで非接触での伸び測定にも対応しています。これにより、従来の接触式測定システムの押し込みによって生じる、繊細な試験片の早期破損を排除することができます。自動適応型の高温コントローラーにより、高精度な温度制御が確保され、操作ミスを防止します。高温試験でしばしば必要とされる犠牲試験片の使用は、もはや不要です。
高温試験に関してさらに 高温試験システムに関してさらに クリープ試験機に関してさらに
宇宙打上げシステムで使用される様々な液体燃料は、極低温まで冷却する必要があります。それらの選定は、ミッションの具体的な要件、目標とする性能、そして液体燃料の製造を含む技術的な可能性によって決まります。宇宙航空業界向けの宇宙打上げシステムの開発における数十年の経験から、極低温下での様々な材料の挙動に関する知見も蓄積されてきました。しかし、この知見は広く利用可能なものではなく、新しい材料システムに関しては存在していません。さらに、これまでのロケットは使い捨て（単回打ち上げ）を前提に設計されていましたが、現在のシステムの一部は、複数回の打ち上げと再使用を目的として設計されています。航空宇宙における将来の持続可能な駆動コンセプトにおいて、長期的な目標は液体水素を使用することであり、その際は機内で-253°C（20K）にて貯蔵する必要があります。
現代の民間航空機の耐用年数は非常に長いため、極低温における静的な材料特性に加え、機内システムの構築に使用される材料の疲労特性に、現在ますます注目が集まっています。そのため、過去の宇宙旅行から得られた極低温下での材料挙動に関する知見は、航空分野における将来の開発には限定的にしか適用できません。
ツビックローエルは、金属材料および無強化・繊維強化プラスチックの材料特性評価に使用される、極低温試験手法向けの静的・動的試験ソリューションを提供しています。到達すべき極低温に応じて、浸漬型クライオスタット（77K）または連続フロー型クライオスタット（常温～15K）を選択します。
