レーザスペックル法による超高温環境下での耐熱構造材料の熱変形計測システムの開発

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09555303
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 室園 昌彦 九州大学, 工学部, 助教授 (10190943)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 新本 康久 九州大学, 工学部, 助手 (30226352) ; 山崎 正秀 九州大学, 工学部, 助手 (00038085)
• Keywords: レーザスペックル干渉法 / 空力加熱 / 熱変形 / ひずみ測定 / 高温環境 / 干渉しま / 画像処理

Research Abstract

極超音速航空機や宇宙往復輸送機の実現へ向けて,空力加熱による過酷な熱負荷の環境に耐え得る軽量な耐熱構造様式が求められている.そのためには超高温環境下での構造の変形やひずみの測定方法の確立が必須の課題となっている.本研究では,その一つの手法として期待される電子式レーザスペックル干渉法による耐熱構造材料の熱変形計測システムの開発を最終的な目標とした.本年度は,超高速で航行する航空宇宙機の翼や胴体に関して,耐熱構造や熱防護システムなどに注目して高温環境下での特性について調査,解析を実施し,設計開発段階における変形あるいはひずみ測定に関する問題点の整理を試みた.その過程で派生してきた問題の一つとして,空力加熱を受けた場合に翼の空力弾性特性を変化することに関して十分な説明が成されていないことが挙げられた.この問題に関しては,空力加熱による影響を,温度変化に伴う物性値の変化,熱応力の影響,および熱変形の影響と因子ごとに明瞭に分離して,それぞれの影響に関して有限要素解析により解析し,基本的な特徴を明らかにした.一方,ここで提唱したひずみ計測の基本であるスペックル干渉法では,一般にS/N比の悪い干渉しまの画像データを処理して必要な変形やひずみおよびそれらの分布に関する情報を得なければならない.本手法ではコンピュータを用いた演算処理により実施するため,離散化した干渉しまのデータに基づいて,任意点での変形量を定量的に求めるためのアルゴリズムについて検討を行った.常温環境下で得られていた干渉しまのデータを用いて,局所的なしま間隔に基づいた単純な計算法や,ひずみゲージによる測定結果と比較検討し,提案した演算手法の有効性を検証した.