Development of elastically-deployable, monolithic-sheet structure using superplasticity given to superplastic titanium alloy

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02485
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: Sato Eiichi 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (40178710)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 竹内 伸介 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (20353419) ; 戸部 裕史 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (40743886)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 超弾性 / 形状記憶 / チタン合金 / 展開構造 / 薄板構造

Outline of Final Research Achievements

A novel deployable rocket nozzle utilizing superelasticity was proposed in this study. Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo alloy (SP-700) sheets were heat-treated to show superelasticity at room temperature not only at the base material but also at the welded region. A full-scale model of the deployable part of epsilon rocket 4th stage motor nozzle was fabricated through the processes of stress relief annealing, thinning by grinding, cutting, micro-plasma welding, superelasticity heat treatment and aging. Folding-deployment tests of the model were conducted so that the feasibility of the new concept of superelastically-deployable structure was successfully verified.

Free Research Field

宇宙構造材料

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

Ni-Ti合金等の一般的な形状記憶・超弾性材料が主に線材であるのに対し，本研究で扱うTi-4.5Al-3V-2Fe-2Mo合金(SP-700)は大型板材が製造されている。従って、形状記憶・超弾性材料を小さなアクチュエータとして構造に組み込む使い方だけでなく、構造とアクテュエータが一体化した機能性部材とする使い方が開け、形状記憶・超弾性の工学的応用の幅を拡げることができた。一方、宇宙工学においては、ロケットに限らず深宇宙探査機なども含めた推進系の性能改善の道が示された。