CFRP表面状態による着雷現象を反映した熱・電気連成解析に基づく被雷損傷モデル

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K04488
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: 岡田 孝雄 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 主任研究開発員 (50392858)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小笠原 俊夫 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20344244) ; 宮木 博光 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 研究開発員 (80358704)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 被雷損傷 / 着雷形態 / 複合材料 / 表面状態

Outline of Annual Research Achievements

航空機の一次構造部材に使用されている東レT800/3900-2Bの擬似等方積層板について、Cuメッシュと塗装の有無による4種類の表面状態の試験片を製作して、航空機の認証に使用されるSAEの試験波形の一つである高いピーク電流を与えるＡ波形について、ピーク電流を-40kAに修正した波形による模擬雷撃試験を行った。試験の結果、Cuメッシュ無し塗装無し、及びCuメッシュ無し塗装有の場合に、雷撃時のアークエントリーによる樹脂の昇華、繊維は破断、層間剥離などの損傷を生じることを明らかとした。この場合、試験後の目視観察及び超音波探傷から、塗装の有無による損傷形態に大きな違いは見られなかった。一方で、Cuメッシュ有塗装無し、及びCuメッシュ有塗装有の場合、着雷位置近傍で、メッシュの溶損、塗装の溶損、塗装の減厚が見られた。全体的な溶損はCuメッシュの形状と類似していることを明らかとした。超音波探傷から、Cuメッシュを用いた場合、Cuメッシュ下の複合材料内部には、有意な損傷は生じていないと考えられる。赤外線カメラを用いて試験片表面における温度計測を行い、Cuメッシュや塗装の有無により表面温度の変化に違いがみられることを明らかにした。これらの試験結果を元に、Cuメッシュや塗装による表面状態の違いが被雷損傷に与える影響を予測するために、熱・電気連成解析を用いた雷撃による複合材料の損傷予測解析技術に、表面状態の違いのモデル化を組み込む検討を開始した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

航空機の一次構造部材に使用されている東レT800/3900-2Bの擬似等方積層板について、Cuメッシュと塗装の有無による4種類の表面状態の試験片を製作して、ピーク電流-40kAの修正A波形による模擬雷撃試験を行った。試験時の熱分解ガス及びアークエントリーの様子を高速度カメラにより計測、試験時の試験片表面の温度変化の様子を赤外線カメラにより計測、試験後の損傷の様子を目視観察及び超音波探傷により計測した。

Strategy for Future Research Activity

航空機の認証に使用させる複合波形を用いた場合、Cuメッシュ及び塗装による表面状態が着雷形態及び被雷損傷に与える影響を、模擬雷撃試験により明らかにする。既存の塗装に対して導電性を高めた導電性塗料を複合材料に用いた場合について模擬雷撃試験を行い、塗装の導電性が被雷損傷に与える影響を明らかとする。また、熱・電気連成解析を用いた雷撃による複合材料の損傷予測解析技術に、Cuメッシュや塗装による表面状態の違いのモデル化を行う。

Causes of Carryover

数値解析の作業量が当初予定より少なく、これに伴いライセンス料が減ったことによる次年度使用額が生じた。これは翌年度請求分と合わせて解析におけるライセンス料として使用予定である。