2018 Fiscal Year Research-status Report
航空機用炭素繊維強化プラスチックの雷電磁環境解析法の開発と耐雷設計法の立案
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18K04113
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
馬場 吉弘 同志社大学, 理工学部, 教授 (70319466)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 雷 / 炭素繊維強化プラスチック / 耐雷 / 電磁環境 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
炭素繊維強化プラスチック（CFRP）は，軽さと高い強度を併せもつため，航空機体への適用も進んでいる。航空機体に用いられているCFRP積層板は，繊維方向とその直交方向の導電率が著しく異なる薄い層（約0.2 mm）が，繊維方向を変えて数十層も重ねられている。このため，CFRP積層板を用いた航空機に雷撃が生じた場合，金属機体に比べて，雷電流分布が複雑になり，局所的に高い電界が発生する可能性がある。また，金属に比べて導電率が低いことに起因して，発生熱も高まり，さらに，機内に侵入する雷電磁界パルスの振幅も大きくなると考えられる。燃料タンク近傍での高電界や高温の発生は，爆発に繋がる危険性があるため，耐雷対策が不可欠である。しかし，このような薄くて異方性をもつ層構造のCFRP機体の耐雷設計は手探りの状態で，未だ確立されるには至っていない。本研究では，雷撃を受けたCFRP機体内の雷電流分布，各部の発生電界，発生熱のシミュレーション法とモデルの開発を行い，より効率的なCFRP航空機の耐雷対策の立案を行うことを目的としている。
平成30年度は，時間領域有限差分（Finite-difference time-domain, FDTD）法において，通常の立方体あるいは直方体セルではなく，薄い三角柱セルを新たに導入し，その解析アルゴリズムを開発し，さらに，それに基づく新しいプログラムの作成を行った。この成果を含め，関連した研究の成果は，電気学会論文誌等の6件の雑誌論文として掲載されている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
必要十分な研究時間を確保でき，平成30年度に予定していた課題に取り組むことができたたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成31年度には，予定通り，電磁界と熱の練成解析技術の開発と妥当性の検証と雷放電路のモデル開発と妥当性の検証を行う。CFRP積層板の雷磁界・熱練成解析を実現するため，平成30年度に開発したプログラムに，発生熱と熱伝達の計算アルゴリズムを開発し追加する。CFRP積層板を対象に行われた雷インパルス電流印加実験時のサーモカメラによる熱分布の実測結果との比較を行い，開発プログラムの妥当性の検証を行う。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額約30万円が生じた理由は，本年度の研究で行った数値計算には，研究室既存の計算機で対応可能であったため，本補助金で購入予定であった計算機の購入を次年度に変更したためである。本年度は，最新の計算機を購入し，電磁界と熱の練成解析技術の開発と妥当性の検証と雷放電路のモデル開発と妥当性の検証を行う予定である。この期間に得られることが予想される電磁界・熱練成解析手法とモデルに関する研究成果は，国内外の学会等で発表を行う予定である。
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