Design of advanced thermal protection systems realized by porous carbon with non-unit structure

• Project/Area Number: 23K26001
• Project/Area Number (Other): 23H01306 (2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 向後 保雄 東京理科大学, 先進工学部マテリアル創成工学科, 教授 (60249935)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 新井 優太郎 東京理科大学, 先進工学部マテリアル創成工学科, 講師 (70844439)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,850,000 (Direct Cost: ¥14,500,000、Indirect Cost: ¥4,350,000); Fiscal Year 2026: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2025: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2024: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2023: ¥12,350,000 (Direct Cost: ¥9,500,000、Indirect Cost: ¥2,850,000)
• Keywords: 多孔質材料 / アブレータ / 有限要素解析 / X線CT / 多孔質炭素材料 / トモグラフィー / 有限要素法解析 / 構造と力学特性

Outline of Research at the Start

単位構造を持たない多孔質炭素の力学特性と構造の関係を解明し、10000℃に達する大気圏再突入機を保護する断熱材料を実現することを目的に行う。はじめに、「高い気孔率(60～70%)と力学特性を両立」した多孔質炭素材料(以下、カーボンモノリス)の構造制御手法を確立する。ついで、単位構造を持たないカーボンモノリスの力学特性発現メカニズムを、実構造を反映したモデルの有限要素解析から力学特性と気孔率を両立するための重要因子を抽出し、材料設計の指針を得る。冷却効果を最大限発揮できる樹脂をカーボンモノリスに含浸し、従来のアブレータと比較して強度を50%向上、損耗量を50%削減した熱防御性能を実現する。