固体材料の微小重力環境における燃焼性予測手法の汎用化および微小重力実験による検証
| Project/Area Number |
20KK0328
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (A))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
小林 芳成 岐阜大学, 工学部, 准教授 (00827016)
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| Project Period (FY) |
2021 – 2023
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
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| Keywords | 炭素繊維強化プラスチック / 燃え拡がり / 炭素繊維配合方向 / 熱的異方性 / 限界酸素濃度 / 燃焼性予測 / 固体材料 / 微小重力環境 |
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| Outline of Research at the Start |
材料の物性および地上での燃え拡がり試験の結果から，宇宙のような微小重力環境での固体材料の燃焼性を定量予測する手法が提案されている．しかし，それはポリマーのような均質で等方な材料を想定しているため，複数の素材から成る複合材料や異方性を有する材料には適用できない．そこで，様々な材料の燃焼性を予測できるようにするため，材料の異方性を考慮した燃え拡がりモデルを作成し，それをもとに予測手法を再構築する．そして，独ブレーメン大学の落下塔を利用して微小重力実験を行い，改良した予測手法の精度検証および高精度化を図る．これにより，材料に依らない汎用な固体材料の燃焼性予測手法の確立を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，固相内の熱輸送および炭素繊維配合方向の影響をモデル化し，それらを従来より広く用いられている燃え拡がりモデル（de Risモデル）に組み込むことで，炭素繊維強化プラスチック（CFRP）の燃え拡がりモデルを構築した．まだ一部完全にはモデル化できていないものの，当燃え拡がりモデルをもとに算出した燃え拡がり速度は実験値とよく一致している．そのため，当モデルはCFRPの燃え拡がり挙動を概ね捉えることができていると考えている．さらに，そのモデルをスケール解析することにより，CFRPの限界酸素濃度（LOC）を解析的に求めることのできる方程式を導出した．この方程式にCFRPの物性値や燃え拡がり試験の結果から求めた活性化エネルギーなどを代入して解くことにより，各流速条件におけるLOCを算出することができる．当手法によって求めたLOCを昨年度取得した実験値と比較したところ，定性的な傾向は合っているものの，低流速側では定量的に一致しないなどの不備が見られた．その原因として，CFRP燃え拡がりモデルの精度に問題があると考えている．燃え拡がり速度についてはよく再現できているものの，火炎長さや固相内の温度分布など他の特性は十分に捉えられていない可能性がある．そこで現在は，実験精度を上げて再度CFRPの燃え拡がり挙動を調査し，そのデータをもとにCFRP燃え拡がりモデルの高精度化に取り組んでいる．今後は様々な燃え拡がり特性を再現できるようになった上で，その燃え拡がりモデルを用いて再度LOCの算出を試みる．来年度には地上におけるLOCを定量的に予測する手法を確立させ，その上で微小重力実験を行って当手法が微小重力環境におけるLOCも予測可能か検証していく．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新型コロナウイルス感染症および渡航先外国機関の実験スケジュールの都合により，本年度も渡航は叶わなかったが，国内において研究を着実に遂行できており，炭素繊維強化プラスチックの限界酸素濃度を定量的に予測できつつあるため．
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| Strategy for Future Research Activity |
実験と理論の両方からアプローチして炭素繊維強化プラスチック（CFRP）燃え拡がりモデルの改良を行い，それを通して現在の限界酸素濃度予測手法の高精度化を目指す．同時に，CFRP他の高熱伝導材料や複合材料に対しても当手法が適用可能なのか検討し，当手法の適用範囲拡大を図る．また，独ブレーメン大学での微小重力実験に向け，先方と連絡を取り合いながら具体的な渡航時期や実験の詳細について詰めていく．
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
