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宇宙用耐熱軽量スラスター用耐環境コーティングの設計と実証

Research Project

Project/Area Number 11J10324
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Aerospace engineering
Research InstitutionJapan Aerospace Exploration Agency (2012-2013)
The University of Tokyo (2011)
Research Fellow 北澤 留弥  独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 日本学術振興会 特別研究員(PD)
Project Period (FY) 2011 – 2012
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
KeywordsSiC/SiC複合材料 / スラスター / FEM / 燃焼試験 / ガス漏えい / アクティブ酸化 / コーティング / 変形挙動 / 積層材料 / 特性予測 / 機械的特性 / 熱的特性 / 熱応力 / 機械的試験
Research Abstract

今年度の研究は主に、コーティング未処理のSiC/SiCスラスターのN_2O/エタノールエンジンでの燃焼実験における実環境の再現を詳細に行った。具体的な研究内容を次にまとめる。
ア. 正確な実験データの取得 : 従来研究から用いられていた使用材料の熱伝導率及び比熱は実観測でなく繊維単体の特性を用いていた。力学試験の結果は実験の難しさから特に高温部のデータが取得できていなかった。このためシミュレーションの正確性に限界が出ていた。本年度に入り実際に比熱、熱伝導率及び力学的特性を測定可能な試験片を作製し正確な測定を改めて行った。
イ. 材料及び流体両側面からの実験データの理論的解析 : 材料分野として燃焼試験中にサーモカメラによって取得したSiC/SiCスラスター表面の温度分布の時間変化、予備実験として行われた銅製水冷型スラスターによる熱量授受の測定結果があり、ガスの燃焼などの分野ではガス圧、燃料使用量比など一連のデータが取得されている。燃焼ガス条件から算出したスラスター接触ガス温度、銅製スラスターで得られた冷却水の温度上昇から算出した熱流束などを用い複数の側面からシミュレーションを行った。
ウ. 複数の異なる実験条件のシミュレーション : SiC/SiCスラスターの燃焼実験には複数のガス条件が用いられており、条件によって結果は大きく異なる。燃焼試験において問題点の少なかった安定条件と問題点が生じた不安定条件を抽出しそれぞれにおいてシミュレーションを行い実験や測定によって得られなかったデータを予測することに成功した。
特別研究員(PD)は終了するが、本研究は次年度も継続することとなった。今年度の成果は既に受け入れ研究者、協力者らと共に論文の作製を開始しており、平成26年度に順次発表及び投稿を行う。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Report

(3 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report

Research Products

(13 results)

All 2014 2013 2012 2011

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (7 results)

  • [Journal Article] Analysis of Pulsating Fatigue Process of Carbon Steel with Different Carbide Shape2014

    • Author(s)
      A. Hara, R. Kitazawa, M. Yoshida, S, Horibe
    • Journal Title

      Materials Science and Engineering A

      Volume: 590 Pages: 218-223

    • DOI

      10.1016/j.msea.2013.10.012

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Anisotropic TGO Morphology and Stress Distribution in EB-PVD Y203-ZrO2 Thermal Barrier Coating after In-phase Thermo-mechanical Test2014

    • Author(s)
      R. Kitazawa, H. Kakisawa, Y. Kagawa
    • Journal Title

      Surface and Coating Technology

      Volume: 238 Pages: 68-74

    • DOI

      10.1016/j.surfcoat.2013.10.041

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Investigation of the Dominating Mechanism of Fatigue Life for Various Alloys with CSSC on <i>R</i>=0 and &minus;12013

    • Author(s)
      小森有祐美, 渡部絵梨子, 戸田桃子, 北澤留弥, 吉田誠, 堀部進
    • Journal Title

      J. Japan Inst. Metals

      Volume: 77 Issue: 8 Pages: 295-299

    • DOI

      10.2320/jinstmet.j2013010

      10.2320/jinstmet.J2013010

    • NAID

      10031189525

    • ISSN
      0021-4876, 1880-6880, 2433-7501
    • Related Report
      2013 Annual Research Report 2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of Twinning and Aging Treatment on Fatigue Process of ZK60 Magnesium Alloys2013

    • Author(s)
      谷口俊介, 北澤留弥, 吉田誠, 堀部進, 田中義久
    • Journal Title

      J. Japan Inst. Metals

      Volume: 77 Issue: 10 Pages: 448-454

    • DOI

      10.2320/jinstmet.j2013013

      10.2320/jinstmet.J2013013

    • NAID

      10031201580

    • ISSN
      0021-4876, 1880-6880, 2433-7501
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of Creep and Cyclic Loading on Pulsating Fatigue Behavior for Various Ti Alloys under Stress Ratio <i>R</i>=02013

    • Author(s)
      長谷玄一郎, 北澤留弥, 吉田誠, 堀部進
    • Journal Title

      J. Japan Inst. Metals

      Volume: 77 Issue: 10 Pages: 455-460

    • DOI

      10.2320/jinstmet.j2013014

      10.2320/jinstmet.J2013014

    • NAID

      10031201581

    • ISSN
      0021-4876, 1880-6880, 2433-7501
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Influence of Compressive Pre-Strain on Tensile Fatigue Life in Carbon Steel S45C2013

    • Author(s)
      玉木裕和, 北澤留弥, 吉田誠, 堀部進
    • Journal Title

      J. Japan Inst. Metals

      Volume: 77 Issue: 11 Pages: 514-521

    • DOI

      10.2320/jinstmet.j2013024

      10.2320/jinstmet.J2013024

    • NAID

      130004456354

    • ISSN
      0021-4876, 1880-6880, 2433-7501
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] pplication of SiC/SiC Composite to Thruster for Upper Stage Liquid Fuel Engine2013

    • Author(s)
      KITAZAWA Kumi
    • Organizer
      37th International Conference and Exposition on Advanced Ceramic and Composites
    • Place of Presentation
      Daytona Beach, Florida, USA
    • Year and Date
      2013-01-31
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 異なる制御モード下でのTBCシステムの熱機械疲労試験による損傷挙動の比較:危険な制御モードの推定2012

    • Author(s)
      北澤留弥
    • Organizer
      第40回日本ガスタービン学会定期講演会
    • Place of Presentation
      北海道 釧路
    • Year and Date
      2012-10-18
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Damage Evolution Model and Analysis of Thermal Barrier Coating System under In-phase Thermo-mechanical Fatigue Condition2012

    • Author(s)
      KITAZAWA Rumi
    • Organizer
      Materials Science and Technology 2012 Conference and Exhibition
    • Place of Presentation
      Pittsburgh, Pennsylvania, USA
    • Year and Date
      2012-10-09
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 熱遮蔽コーティングシステムの逆位相熱機械疲労試験中の軸方向応力に与える温度勾配の影響2012

    • Author(s)
      北澤留弥
    • Organizer
      日本セラミックス協会第25回秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      愛知県 名古屋
    • Year and Date
      2012-09-20
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Methods for Measurement and Analysis of Stress Components in Anisotropic TGO Growth Layer Formed after Thermo-mechanical Fatigue Tests of EB-PVD Y_2O_3-ZrO_2 TBCs2012

    • Author(s)
      Rumi Kitazawa, Hideki Kakisawa, Yutaka Kagawa
    • Organizer
      The 36^<th> International Conference & Exposition on Advanced Ceramics and Composites
    • Place of Presentation
      Daytona Beach, Florida, U.S.A.
    • Year and Date
      2012-01-25
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Change of Stress-strain Behavior in EB-PVD TBC Coating System with The Progress of Uniaxial Out-of-phase TMF Process2011

    • Author(s)
      Rumi Kitazawa, Yutaka Kagawa
    • Organizer
      Materials Science & Technology 2011 Conference and Exhibition
    • Place of Presentation
      Columbus, Ohio, U.S.A.
    • Year and Date
      2011-10-18
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 熱機械疲労試験で生成したEB-PVT Y_2O_3-ZrO_2熱遮蔽コーティング中の酸化物層の応力分布の測定と解析2011

    • Author(s)
      北澤留弥・垣澤英樹・香川豊
    • Organizer
      日本セラミックス協会第24回秋期シンポジウム
    • Place of Presentation
      北海道札幌市
    • Year and Date
      2011-09-07
    • Related Report
      2011 Annual Research Report

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Published: 2011-12-11   Modified: 2016-04-21  

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