| Project/Area Number |
19H00799
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 24:Aerospace engineering, marine and maritime engineering, and related fields
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| Research Institution | Muroran Institute of Technology |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柴山 環樹 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10241564)
芹澤 久 大阪大学, 接合科学研究所, 准教授 (20294134)
中里 直史 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 助教 (70714864)
中田 大将 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (90571969)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥44,460,000 (Direct Cost: ¥34,200,000、Indirect Cost: ¥10,260,000)
Fiscal Year 2022: ¥13,130,000 (Direct Cost: ¥10,100,000、Indirect Cost: ¥3,030,000)
Fiscal Year 2021: ¥11,830,000 (Direct Cost: ¥9,100,000、Indirect Cost: ¥2,730,000)
Fiscal Year 2020: ¥15,210,000 (Direct Cost: ¥11,700,000、Indirect Cost: ¥3,510,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
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| Keywords | セラミックスラスタ / SiC/SiC複合材料 / NITE法 / 燃焼試験 / 長繊維強化 / スラスター / 成型法 / 火炎暴露試験 / 航空宇宙機 / 接合 / C/SiC複合材料 / RS法 / PIP法 / スラスタ / 複合材料成型法 / 熱衝撃試験 / 接合計算科学 |
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| Outline of Research at the Start |
炭化ケイ素（SiC)は軽量で燃料の燃焼生成物と反応しにくく耐酸化性にも優れており、衛星・探査機用のセラミックスラスタに適した材料である。セラミックは割れやすく脆いという課題があるが、直径数マイクロメートルのSiC繊維で強化したSiC/SiC複合材料でスラスタを製作できれば、セラミックであっても複数回の噴射に耐えることが可能となる。本研究は液相焼結の応用技術であるNITE法に多段階の焼結プロセスを追加したハイパー・コンパージド・コンポジット法（HCC法）を考案し、複雑な形状付与を達成するため接合計算科学を活用して、高融点金属スラスタの代替と成り得るSiC/SiCスラスタの成形技術を構築する。
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| Outline of Final Research Achievements |
This research developed a fabrication process of a long fiber reinforced SiC/SiC thruster for aerospace systems using NITE method. The thruster is difficult to fabricate one time process of the NITE method, therefore NITE SiC/SiC segments which are parts having convenient shapes for the NITE process were produced followed by being united by an outer SiC/SiC structure fabricated by the PIP method. But the joints and interface of the thruster were fragile, it was consolidated by an applied reaction sintering method, and it was successfully established. A combustion test was performed for NITE SiC/SiC thruster. Gas oxygen and Gas hydrogen were used as propellant, the thruster was attached to a water-cooled combustor, and the flange was sealed by carbon gaskets. Though it is necessary to note that the available oxygen/fuel ratio was limited, and the exposure time was very short, the combustion was efficient, and the NITE SiC/SiC thruster did not suffer apparent damage in this research.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
長繊維強化のセラミックス複合材料は製作が難しいため、航空宇宙機用スラスタは低靭性を忍んでもモノリシックセラミックスで製作されている。耐熱性と化学安定性が高いNITE-SiC/SiCで全体を形成するのは難しいが、本研究では最適手段を組み合わせれば製作可能であることを示した。例えばPIP材は耐熱性は低いが成型に加圧が不要で複雑形状にしやすく、NITE材とはRS法で一体化可能である。水素と酸素を推進剤に使ったSiC/SiCスラスタの燃焼実験では、この系の燃焼は高効率であることが示され、ガス供給法やシール法など様々な技術的知見が得られた。これらは航空宇宙機だけでなく水素エンジンにも利用可能である。
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