複合材料製燃料タンクの燃料保持性能向上に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15360448
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 青木 隆平 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (00202466)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩堀 豊 宇宙航空研究開発機構, 総合技術研究本部, 主任研究員 (50358636) ; 小笠原 俊夫 宇宙航空研究開発機構, 総合技術研究本部, 主任研究員 (20344244) ; 吉田 啓史郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (50345089)
• Keywords: 極低温燃料タンク / 宇宙往還機 / CFRP積層板 / トランスバースクラック / 燃料漏洩 / カーボンナノチューブ / 拡散係数

Research Abstract

宇宙空間への輸送コストの低減を主目的とした再使用型打上げ機(Reusable Launch Vehicle, RLV)の実用化に向け,液体燃料タンクの複合材料化による軽量化が期待されている.特に燃料漏洩に対する対策が重量の増加をもたらすため,燃料の保持性能を向上させるための基礎技術の開発が不可欠である.
この研究では,燃料タンク壁を炭素繊維強化複合材料(CFRP)で製作することを念頭に置き,その燃料保持性能を向上させる手法の開発を試み,さらにこの技術を基礎として,タンク設計時の燃料保持性能達成のための指針を得ること目的としている,今年度は研究初年度として,積層板を燃料が透過する場合の主要な漏洩経路であるトランスバースクラックの発生・蓄積挙動を実験的に把握するとともに,理論解析によってその挙動予測を行い,また一方で積層板自体の燃料透過性を下げるために,カーボンナノチューブ分散樹脂の利用可能性を調べた.トランスバースクラックについては,荷重に垂直な方向に繊維が配向された層でまずクラックが発生し,これが基点となって隣の層にクラックを誘発しこれが進展すること,またこの隣接する層でのクラック蓄積・進展挙動は,その層の繊維方向によって異なることを実験的,解析的に明らかにした.一方,母材樹脂の燃料透過性を下げることを目的に,多層型カーボンナノチューブ(MCNT)を散させた小型試験片を製作し,ヘリウムガスによる拡散漏洩試験を行い,MCNTの含有率が上がるに従って拡散係数が下がることを明らかにし,MCNT領域内の拡散が生じないとした解析結果との良い一致を見た.

Research Products

• [Publications] H.Kumazawa, T.Aoki, I.Susuki: "Analysis and Experiment of Gas Leakage through Cross-Ply Laminates for Propellant Tanks"AIAA Journal. Vol.41, No.10. 2037-2044 (2003)
• [Publications] T.Yokozeki, T.Aoki, T.Ishikawa: "Experimental Cryogenic Gas Leakage through Damaged CFRP Laminates for Propellant Tank Application"Journal of Spacecrafts and Rockets. (in press).
• [Publications] T.Yokozeki, T.Aoki: "Stress Analysis of Symmetric Laminates with Obliquely-crossed Matrix Cracks"Advanced Composite Materials. (in press).
• [Publications] 小倉利之, 青木隆平, 小笠原俊夫: "カーボンナノチューブを分散させたエポキシ樹脂の基本特性"第45回構造強度に関する講演会講演集. 227-229 (2003)