月，火星を見据えた有人宇宙活動における固体材料火災安全性評価手法の構築
| Project/Area Number |
21K18775
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Review Section |
Medium-sized Section 24:Aerospace engineering, marine and maritime engineering, and related fields
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
中谷 辰爾 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (00382234)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
津江 光洋 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50227360)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
|
|---|
| Keywords | 火災 / 限界酸素濃度 / 微小重力 / 部分重力 / ベイズ推定 / マルコフ連鎖モンテカルロ法 / 固体燃焼 / 遠心装置 / 燃焼限界酸素濃度 / 固体プラスチック / 火災安全 / 有人宇宙活動 / 重力 / ベイズ統計モデル / プラスチック材料 / 火災安全性 / ベイズ統計 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
軌道上，月，火星といった重力環境の有人宇宙活動における火災安全性評価手法の構築と固体材料の燃焼限界付近における挙動を明らかにするため，可変重力場での固体材料の燃焼実験装置を開発する．ポリエチレンや性状の異なるPMMAロッド材料に着目し，燃焼限界の同定，燃焼形態また限界付近で観察される非定常燃焼挙動を明らかにする．また，エネルギーバランスに基づく限界酸素濃度モデルを構築する．構築されたモデルに対して，ベイズ統計学的アプローチを応用することで，モデルやパラメータの不確実性を明らかにする．様々な重力環境において，モデルの不確実性を考慮した火災安全性のマージンを含む革新的な評価手法を構築する．
|
| Outline of Annual Research Achievements |
月，火星における火災安全性評価を行うため，固体プラスチック材料の火炎燃え広がりの限界酸素濃度を実験的に調べた．同時に．スケールアナリシスに基づくエネルギーバランスを考慮したモデルを構築し，限界酸素濃度を理論的に調べた．モデルパラメータに対し，実験データに適合するようにマルコフ連鎖モンテカルロ(MCMC)法により予測分布を求めた．特に，浮力によって励起される速度を重力の関数としてモデリングを行った．遠心装置に設置した燃焼器を使用し，PMMAおよびLDPEロッドを燃料とし，1G，2G，3G，4Gの重力条件で実験を行った．
結果，消炎限界付近においては，遠心機を用いることによって燃焼器内に観察されるコリオリ力に起因した流れの影響は概ね無視できることが示された．重力レベルが大きくなるにつれて同じ対向流速の時の限界酸素濃度は増加する．また，1G以上の重力場においては，対向流速速度が小さくなるにつれて，一定の限界酸素濃度に収束していく．
MCMC法により限界酸素濃度モデルのパラメータを求めた．最初に既存のPMMA平面シートのデータに対してモデルの妥当性検証を行った．幾つかのパラメータ間において相関があることが示され，熱重量解析において得られる熱分解温度に対して係数を求める可能性が示された．また，通常重力環境下において，浮力に起因する流速は33cm/s程度であり，文献値等と良い一致を示す．
測定データのない，低流速領域においては確信区間が大きくなる．これらのパラメータ分布を用いて，微小重力環境（μg），月(1.62m/s2), 火星(3.72m/s2)の重力環境における限界酸素濃度の予測を行った．結果，確信区間の幅があるものの，月の重力環境において対向流速度に対する限界酸素濃度の極値が最小となった．月程度の重力がある場合に最も固体プラスチックの火災の安全性が低い可能性を示した．
|
Report
(3 results)
Research Products
(4 results)
