動的酸化試験による再使用型宇宙往還機熱防御システム（TPS）の開発
| Project/Area Number |
20K04926
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
|
|---|
| Research Institution | Tokyo City University |
|---|
Principal Investigator |
桃沢 愛 東京都市大学, 理工学部, 准教授 (70575597)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
|
|---|
| Keywords | アーク加熱風洞 / 再突入環境 / 熱防御システム / ジルコニウムカソード / 放電プラズマ焼結 / 動的酸化 / 熱防御システム（TPS) / 動的酸化試験 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は、他に殆ど実績のない再突入環境を模擬した環境下でTPSの酸化実験を行う（動的酸化）ことである。実験室レベルで動的酸化実験可能なアーク加熱風洞を用いて、信頼性の高いTPSの使用可能温度Tmaxを確定し、高速流下での酸化のメカニズムを解明する。同時に、TPSに用いる超高温耐熱セラミックス（UHTC）の組成および微細構造の検討による機械的特性の改善を図る。そして、今後のより高速な再突入ミッションの実現に向け、アーク加熱風洞の継続的な改良を行う。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙往還機の大気圏再突入の際、機体は高温にさらされる。機体を保護するために、熱防御システム（TPS: Thermal Protection System）が使用されている。スペースシャトルのような再使用型宇宙往還機の導入によるコスト低減を図るには、再突入の際の超音速気流による高温酸化による損耗の少ないTPSの開発が必要である。
TPSの酸化加熱試験には、大気圏再突入環境の模擬が可能なアーク加熱風洞が用いられる。我々の研究グループでは、実験室レベルで環境模擬の可能なコンストリクタ型アーク加熱風洞の開発を行っている。コンストリクタ型アーク加熱風洞の安定した作動のためには、酸素を含む気流を流しても損耗しない電極の開発が必要である。
我々のグループでは、陰極に表面窒化したジルコニウムカソードを用いており、昨年度初めて30分超える作動時間を実現させた。一方、表面窒化Zrカソードでも窒化温度や窒素濃度によってカソード表面の色が異なり、作動結果も大きく異なったことから、試料表面をXRDによって分析して各カソードの窒化表面の特性を比較した。さらに長時間作動可能な表面窒化Zrカソードの特性を見出すべく、仕事関数に着目して、それに関連した電気伝導率及び熱伝導率を測定して、長期作動可能なカソードの特徴を考察した。
TPSの材料作製において、今年度は多様な組成比、作製条件を検証し、放電プラズマ焼結法（SPS）を用いてZrB2-SiC作製に適する条件を見出した。また、TiC-TiB2やZrB2-SiC-ZrCなどのTPS作製を開始した。酸化実験においては、動的酸化実験の遂行が不可能であったため、電気炉を用いた静的酸化実験を行い、1200～1600℃の範囲で各試料の酸化挙動を観察した。
|
Report
(4 results)
Research Products
(6 results)
