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2010 Fiscal Year Annual Research Report

超低密度炭素繊維強化プラスチックの非線形熱機械物性の測定と数学モデルの構築

Research Project

Project/Area Number 21360423
Research InstitutionAichi University of Technology

Principal Investigator

奥山 圭一  愛知工科大学, 工学部, 教授 (30442461)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 加藤 純郎  琉球大学, 工学部, 教授 (50557105)
酒井 武治  名古屋大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (90323047)
鈴木 俊之  宇宙航空研究開発機構, 研究開発本部, 研究員 (20392839)
Keywords炭素繊維強化プラスチック / CFRP / アブレータ / 高エンタルピー / 宇宙往還
Research Abstract

昨年度(平成21年度)は,密度約200kg/m^3から約1500kg/m^3までの各種CFRPを試作し,その成型技術の構築に成功し,これらCFRPを様々な高エンタルピ気流に曝し,超高温材料研究所(JUTEM)で基本的な熱防御性能を取得した.さらに, CFRPを宇宙機に適用するための様々な調査も実施した,特に,CFRPを採用した宇宙機の熱・構造設計,また振動試験や衝撃試験の手法を詳しく調べた.昨年度は熱機械分析装置(TM A)を購入し,詳細な熱機械物性の取得を可能とした.
本年度(平成22年度)は,昨年の成果を活用し,先ず宇宙機に適用でき得る様々な種類のCFRP熱防御材を製作した.具体的には,密度約200kg/m^3から約1500kg/m^3までのCFRPを製作し,これら材料の熱物性や機械物性の非線形温度物性を取得した.次に,上記した種々CFRPを様々な高エンタルピ気流に曝すことで詳細な熱防御特性(表面損耗速度,材料表面および内部の温度上昇速度,熱応力の空間分布)を取得した.
加熱試験は超高温材料研究所(JUTEM), JAXAおよびドイツ航空宇宙研究所(DLR)で行い,その試験条件は0.5MW/m^2 (JUTEM)~11.OMW/m^2 (DLR), 0.33kPa (JUTEM)~84kPa (DLR)と多岐にわたった.特にドイツDLRの試験では,日本と欧州にとってはじめての現象(例えば,材料表面の昇華による損耗現象)を確認できるなど,極めて有用な試験結果を取得できた.
来年度(平成23年度)は,本年度取得した加熱試験結果により,材料表面の温度や損耗,内部の温度や質量減少,さらに熱応力の空間分布などを予測できる数学モデルを作成し,その妥当性を高エンタルピ流試験結果と比較評価することで確認する予定である.また,開発したCFRPアブレータを採用した宇宙機の基本的な熱・構造設計も実施し,従来の宇宙機(JAXAのはやぶさ, USEFのUSERS宇宙機システム, NASAのガリレオプローブなど)と比較して軽量化が可能であることを実証する.

  • Research Products

    (16 results)

All 2010 Other

All Presentation (9 results) Remarks (7 results)

  • [Presentation] 低密度アブレータの内部密度分布解析2010

    • Author(s)
      井上高宏, 奥山圭一, 鈴木俊之, 藤田和央, 加藤純郎, 西尾誠司, 酒井武治
    • Organizer
      宇宙航行の力学シンポジウム
    • Place of Presentation
      宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所
    • Year and Date
      20101216-20101217
  • [Presentation] 超軽量CFRP熱防御材の熱特性2010

    • Author(s)
      金田照彦, 奥山圭一, 加藤純朗, 藤田和央, 鈴木俊之, 酒井武治, 西尾誠司
    • Organizer
      第54回宇宙科学技術連合講演会
    • Place of Presentation
      静岡県コンベンションアーツセンター
    • Year and Date
      20101117-20101119
  • [Presentation] 月小型実験機用のCFRP製着陸衝撃吸収脚2010

    • Author(s)
      飯島健介, 奥山圭一, 澤井秀次郎
    • Organizer
      第54回宇宙科学技術連合講演会
    • Place of Presentation
      静岡県コンベンションアーツセンター
    • Year and Date
      20101117-20101119
  • [Presentation] 超低密度CFRPアブレータの熱化学的特性2010

    • Author(s)
      奥山圭一, 金田照彦, 加藤純郎, 大矢洋明
    • Organizer
      日本機械学会2010年度年次大会
    • Place of Presentation
      名古屋工業大学
    • Year and Date
      20100905-20100908
  • [Presentation] 加熱された超低密度CFRPアブレータ内部の温度挙動2010

    • Author(s)
      金田照彦, 奥山圭一, 加藤純郎, 大矢洋明
    • Organizer
      日本機械学会2010年度年次大会
    • Place of Presentation
      名古屋工業大学
    • Year and Date
      20100905-20100908
  • [Presentation] Evaluation of Prediction Accuracy of Thermal Response of Ablator Under Arcjet Flow Condisions (AIAA2010-4787)2010

    • Author(s)
      Toshiyuki SUZUKI, Kazuhisa FUJITA, Takeharu SAKAI, Kei-ichi OKUYAMA, Sumio KATO, Seiji NISHIO
    • Organizer
      10th AIAA/ASME Joint Thermophysics and Heat Transfer Conference
    • Place of Presentation
      Chicago, Illinois, USA
    • Year and Date
      20100628-20100701
  • [Presentation] EFD/CFD融合技術に基づくアブレーション熱防御システム評価手法の研究2010

    • Author(s)
      鈴木俊之, 藤田和央, 酒井武治, 奥山圭一, 加藤純郎, 西尾誠司
    • Organizer
      第42回流体力学講演会/航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • Place of Presentation
      米子コンベンションセンター
    • Year and Date
      20100624-20100625
  • [Presentation] 高エンタルピ環境下における超軽量CFRPアブレータの耐熱特性2010

    • Author(s)
      金田照彦, 都築広明, 鈴木貴寛, 奥山圭一
    • Organizer
      第47回日本航空宇宙学会関西・中部支部合同秋期大会
    • Place of Presentation
      名城大学
    • Year and Date
      2010-11-26
  • [Presentation] 月小型実験機用のCFRP着陸脚2010

    • Author(s)
      飯島健介, 大林達矢, 小川記央, 奥山圭一
    • Organizer
      第47回日本航空宇宙学会関西・中部支部合同秋期大会
    • Place of Presentation
      名城大学
    • Year and Date
      2010-11-26
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.aut.ac.jp/

  • [Remarks]

    • URL

      http://www1.aut.ac.jp/~okuyama-lab/index.html

  • [Remarks]

    • URL

      http://www.ard.jaxa.jp/

  • [Remarks]

    • URL

      http://www.engg.nagoya-u.ac.jp/

  • [Remarks]

    • URL

      http://www.nuae.nagoya-u.ac.jp/

  • [Remarks]

    • URL

      http://www.u-ryukyu.ac.jp/

  • [Remarks]

    • URL

      http://mechsys.tee.u-ryukyu.ac.jp/kyouin/

URL: 

Published: 2012-07-19  

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