ふく射加熱を受ける柔軟なソーラーアレイの熱弾性連成応答とその安定性に関する研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09651009
• 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)
• Keywords: ソーラーアレイ / 人工衛星 / 熱弾性 / 柔軟宇宙構造物 / ふく射加熱 / 座屈 / 固有振動 / 熱変形

Research Abstract

人工衛星の大型化や高機能化あるいは国際宇宙ステーション計画などに伴って,エネルギ源としての太陽電池は高効率・大規模化してきた.このように軽量で剛性が小さく固有振動数が低い柔軟宇宙構造物は,機械的あるいは熱的な外乱によって容易に変形や振動を生じ,場合によっては機能に支障をきたす.本研究では種々のソーラーアレイ構造を対象として,太陽ふく射加熱による熱負荷の下での,熱弾性速成応答を効率的に予測する手法の確立を目的とした.本年度はロールブランケット型のソーラーアレイを,張力を受けて安定化された膜と,この張力を支持するために圧縮荷重を受けるはり構造とでモデル化し,日陰からの食明けを模擬した太陽ふく射加熱を受けた場合の熱変形挙動を解析的な手法で明らかにした.構造の本質的な特徴を損なわないように考慮した上で,できるだけ簡略化したモデル化を行い,ソーラーアレイの面外方向から一様なふく射加熱を受けた場合の応答を,まず準静的な仮定の下で解析的に求め,構造の幾何学的な非対称性に起因する曲げねじり速成効果により大きなねじれ変形が起ることを示した.さらに慣性力の効果を含め,同じ条件の下での動的な熱変形に対する解析的な解を定式化して,静的なたわみに比べると振幅は小さいものの振動応答が生じ,膜の張力の値によっては,発生する振動の卓越モードが時間とともに変動していく複雑な挙動を示すことを明らかにした.このような解析解は構造材料の選択に伴う物性値の変更や,幾何学的な寸法の変更に対して容易に対応でき,また系の挙動を支配するパラメータを明らかにできる.また,実験室規模で実施可能な実験システムを製作し,加熱ランプを用いたふく射加熱実験を実施してソーラーアレイモデルの非定常な熱変形挙動を測定した.結果の一部は解析に基づく計算値と比較し,理論解析の妥当性を検討した.

Research Products

• [Publications] 室園昌彦: "ロールブランケット型ソーラーアレイの振動に関する実験的研究" 第40回構造強度に関する講演会講演集. 1-4 (1998)
• [Publications] 室園昌彦: "Buckling and Quasistatic Thermal-Structural Response of Aoymmetric Rolled-Up Solar Array" Journal of Spacecraft and Rockets. 35・2. 147-155 (1998)
• [Publications] 室園昌彦: "柔軟なロールブランケット太陽電池の座屈と振動に関する実験的考察" 宇宙構造・材料シンポジウム(第14回)講演集. 133-138 (1999)