2020 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 – 2022-03-31
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| Keywords | 雷 / 炭素繊維強化プラスチック / 耐雷 / 電磁環境 / 連成解析 |
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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非常に薄い層が，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，このような非常に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，各部の発生電界と発生熱の連成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。
令和２年度は，時間領域有限差分（Finite-difference time-domain, FDTD）法に，導電率テンソルを導入することで，通常の立方体あるいは直方体セルを用いた解析においても，異方性をもつ層構造のCFRP機体をモデル化する手法を作成し，さらに熱方程式も導入することで，電磁界と熱の連成解析を行えるようにプログラムを高度化した。関連した研究の成果は，国内外の論文誌の10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，令和２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 |
令和３年度には，電磁界と熱の連成解析技術の妥当性の検証をさらに進め，さらにCFRPの損傷を引き起こす可能性がある被雷時の熱応力の解析を行えるようにプログラムの開発を進め，得られた結果に基づきCFRP機体の耐雷対策の立案を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
研究成果発表のため参加を予定していた国際会議が延期になったため。国内または海外の学会で本研究成果の一部を発表するために参加する際の参加費あるいは学会雑誌の論文掲載料として使用予定である。
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Research Products
(17 results)
