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複合材料製燃料タンクの燃料保持性能向上に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 15360448
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 航空宇宙工学
研究機関東京大学

研究代表者

青木 隆平  東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (00202466)

研究分担者 吉田 啓史郎  東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (50345089)
小笠原 俊夫  宇宙航空研究開発機構, 総合技術研究本部, 主管研究員 (20344244)
岩堀 豊  宇宙航空研究開発機構, 総合技術研究本部, 主任研究員 (50358636)
研究期間 (年度) 2003 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
13,900千円 (直接経費: 13,900千円)
2005年度: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円)
2004年度: 4,000千円 (直接経費: 4,000千円)
2003年度: 7,300千円 (直接経費: 7,300千円)
キーワード極低温燃料タンク / 宇宙往還機 / CFRP積層板 / トランスバースクラック / カーボンナノチューブ / 燃料漏れ / 損傷蓄積 / 漏洩性 / 電気伝導率 / 燃料漏洩 / 熱伝導率 / パーコレーション / 拡散係数
研究概要

本研究では,宇宙機等の燃料タンク壁を炭素繊維強化複合材料で製作することを目標に,積層板の燃料漏洩特性に関するこれまでの知見に基き,タンクの燃料保持性能を向上させる手法の開発を目指した.まず,積層板中の主要な燃料漏洩経路としてのトランスバースクラックに注目し,損傷と漏洩との関係を実験的に求め,その予測式を導いた.さらに,損傷の発生・蓄積挙動を実験と解析で把握し,特にトランスバースクラックが生じた層の隣接層での新たなクラックの発生・進展を理論的・実験的に検討した.その結果隣接層相互の繊維方向が近いほど,新たなクラックが生じてもそれが進展して広がらないことを明らかにした.一方で,上述の知見に基き,クラックが全層に生じることを抑制し,健全な層を残すことが漏洩抑止にとって不可欠であることを突き止めた.
健全な層内での拡散による燃料透過性を下げるために,カーボンナノチューブを樹脂に分散させることが有効である可能性を見出した.またナノチューブの多面的な有効性に注目し,多層型カーボンナノチューブ(MCNT)を分散させた樹脂材料について,引張特性,熱伝導性・電気伝導性を実験的・理論的に検討した.さらに,より詳細な現象把握のため,母材となる樹脂を従来のエポキシに加え,ポリエーテルイミドも対象にして分散効果を調べた.その結果,同じナノチューブ含有率の場合で比較して,引張剛性の向上効果はポリエーテルイミドの場合でより大きく,力学的な効果が高いことが明らかになり,一方,電気伝導率については,反対にエポキシ樹脂に分散させた場合に伝導率向上効果が大きい結果が得られた.ナノチューブの分散効果の優劣は,注目する特性が異なる場合には必ずしも同じ傾向を示さず,より詳細な検討が必要であることが明らかになった.
本研究の成果報告書は,得られた研究成果を発表した学会誌及び口頭発表の講演原稿を収録する形でまとめた.

報告書

(4件)
  • 2005 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2006 2005 2004 2003 その他

すべて 雑誌論文 (26件) 文献書誌 (4件)

  • [雑誌論文] Gas Leakage Evaluation of CFRP Cross-Ply Laminates under Biaxial Loadings2006

    • 著者名/発表者名
      H.Kumazawa, I.Susuki, T.Aoki
    • 雑誌名

      Journal of Composite Materials Vol.40,No.10

      ページ: 853-871

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Gas Leakage Evaluation of CFRP Cross-Ply Laminates under Biaxial Loadings2006

    • 著者名/発表者名
      H.Kumazawa, I.Susuki, T.Aoki
    • 雑誌名

      Journal of Composite Materials Vol.40, No.10

      ページ: 853-871

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Gas Leakage Evaluation of CFRP Cross- Ply Laminates under Biaxial Loadings2006

    • 著者名/発表者名
      H.Kumazawa, T.Aoki, I.Susuki
    • 雑誌名

      Journal of Composite Materials (印刷中)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Experimental Cryogenic Gas Leakage through damaged CFRP Laminates for Propellant Tank Application2005

    • 著者名/発表者名
      T.Yokozaki, T.Aoki, T.Ishikawa
    • 雑誌名

      Journal for Spacecrafts and Rockets Vol.42,No.2

      ページ: 363-366

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effects of Layup Angle and Ply Thickness on Matrix Crack Interaction in Contiguous Plies of Composite Laminates2005

    • 著者名/発表者名
      T.Yokozaki, T.Aoki, T.Ogasawara, T.Ishikawa
    • 雑誌名

      Composites Part A : Applied Science and Mnufacturing Vol.39,Is.9

      ページ: 1229-1235

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] "Matrix Crack Accumulation Behavior in Multiple plies of CFRP Laminates"(in Japanese)2005

    • 著者名/発表者名
      T.Yokozaki, T.Aoki, T.Ishikawa
    • 雑誌名

      Journal of the Japan Society for Composite Materials, Vol.31,No.1

      ページ: 31-37

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Experimental Cryogenic Gas Leakage through Damaged CFRP Laminates for Propellant Tank Application2005

    • 著者名/発表者名
      T.Yokozeki, T.Aoki, T.Ishikawa
    • 雑誌名

      Journal of Spacecrafts and Rockets Vol.42, No.2

      ページ: 363-366

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effects of Layup Angle and Ply Thickness on Matrix Cracks Interaction in Contiguous Plies of Composite Laminates2005

    • 著者名/発表者名
      T.Yokozeki, T.Aoki, T.Ogasawara, T.Ishikawa
    • 雑誌名

      Composites Part A : Applied Science and Manufacturing Vol.39, Issue 9

      ページ: 1229-1235

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Matrix Crack Accumulation Behavior in Multiple Plies of CFRP Laminates (in Japanese)2005

    • 著者名/発表者名
      T.Yokozeki, T.Aoki, T.Ishikawa
    • 雑誌名

      Journal of the Japan Society for Composite materials Vol.31, No.1

      ページ: 31-37

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Consecutive Matrix Cracking in Contiguous Plies of Composite Laminates2005

    • 著者名/発表者名
      T.Yokozeki, T.Aoki, T.Ishikawa
    • 雑誌名

      International Journal of Solids and Structures Vol.42・Issues9-10

      ページ: 2785-2802

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Effects of Layup Angle and Ply Thickness on Matrix Crack Interaction in Contiguous Plies of Composite Laminates2005

    • 著者名/発表者名
      T.Yokozeki, T.Aoki, T.Ogasawara, T.Ishikawa
    • 雑誌名

      Composites Part A : Applied Science and Manufacturing Vol.36・Issues9

      ページ: 1229-1235

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Overall Thermoelastic Properties of Symmetric Laminates Containing Obliquely Crossed Matrix Cracks2005

    • 著者名/発表者名
      T.Yokozeki, T.Aoki
    • 雑誌名

      Composites Science and Technology Vol.65・No.11-12

      ページ: 1647-1654

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Gas Diffusivity and Thermal Conductivity of Carbon Nanotubes Dispersed Resin2005

    • 著者名/発表者名
      T.Aoki, M.Sawasaki, T.Ogasawara
    • 雑誌名

      Proc.46^<th> AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC SDM Conference AIAA-2005-2002(CD-ROM)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] CFRP積層板におけるマトリックスクラックの多層累積挙動2005

    • 著者名/発表者名
      横関智弘, 青木隆平, 石川隆司
    • 雑誌名

      日本複合材料学会誌 31・1

      ページ: 31-37

    • NAID

      10014288465

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Stress Analysis for Symmetric laminates with Obliquely-crossed Matrix Cracks2004

    • 著者名/発表者名
      T.Yokozaki, T.Aoki
    • 雑誌名

      Advanced Composite Materials Vol.13,No.2

      ページ: 121-140

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] The Effect of Matrix Cracks on Gas Permeability through CFRP Laminates2004

    • 著者名/発表者名
      T.Yokozaki, T.Aoki, T.Ishikawa
    • 雑誌名

      Advanced Composite Materials Vol.13,No.3-4

      ページ: 227-236

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] "Interference of Transverse Cracks in Contiguous Plies of Composite Laminates" (in Japanses)2004

    • 著者名/発表者名
      T.Yokozaki, T.Aoki
    • 雑誌名

      Journal of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol.52,No.607

      ページ: 377-384

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Analysis and Experiment of Gas Leakage through Cross-Ply Laminates for Propellant Tanks2004

    • 著者名/発表者名
      H.Kumazawa, T.Aoki, I.Susuki
    • 雑誌名

      AIAA Journal Vol.41, No.10

      ページ: 2037-2044

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Stress Analysis of Symmetric Laminates with Obliquely-crossed Matrix Cracks2004

    • 著者名/発表者名
      T.Yokozeki, T.Aoki
    • 雑誌名

      Advanced Composite Materials Vol.13, No.2

      ページ: 121-140

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] The Effect of Matrix Cracks on Gas Permeability through CFRP Laminates2004

    • 著者名/発表者名
      T.Yokozeki, T.Aoki, T.Ishikawa
    • 雑誌名

      Advanced Composite Materials Vol.13, No.3-4

      ページ: 227-236

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Interference of Transverse Cracks in Contiguous Plies of Composite Laminates (in Japanese)2004

    • 著者名/発表者名
      T.Yokozeki, T.Aoki
    • 雑誌名

      Journal of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences Vol.52, No.607

      ページ: 377-384

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] カーボンナノチューブ含有樹脂の引張特性及びガス透過特性2004

    • 著者名/発表者名
      小倉利之, 青木隆平, 小笠原俊夫
    • 雑誌名

      第46回構造強度に関する講演会講演集

      ページ: 123-125

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 複合材料積層板の多層層内き裂累積に及ぼす積層角の影響2004

    • 著者名/発表者名
      横関智弘, 青木隆平, 石川隆司
    • 雑誌名

      第46回構造強度に関する講演会講演集

      ページ: 129-131

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Helium Gas Permeability of Carbon Nanotubes Dispersed Epoxy2004

    • 著者名/発表者名
      T.Aoki, T.Ogura, T.Ogasawara
    • 雑誌名

      Proc.ASC/ASTM-D30 Joint 19th Annual Technical Conference

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] レーザーフラッシュ法を用いた多層カーボンナノチューブ複合材の熱伝導率測定2004

    • 著者名/発表者名
      澤崎雅彦, 青木隆平, 単佳義
    • 雑誌名

      第29回複合材料シンポジウム講演要旨集

      ページ: 109-110

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Analysis and Experiment of Gas Leakage through Cross-Ply Laminates for Propellant Tanks2003

    • 著者名/発表者名
      H.Kumazawa, T.Aoki, I.Susuki
    • 雑誌名

      AIAA Journal Vol.41,No.10

      ページ: 2037-2044

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Kumazawa, T.Aoki, I.Susuki: "Analysis and Experiment of Gas Leakage through Cross-Ply Laminates for Propellant Tanks"AIAA Journal. Vol.41, No.10. 2037-2044 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] T.Yokozeki, T.Aoki, T.Ishikawa: "Experimental Cryogenic Gas Leakage through Damaged CFRP Laminates for Propellant Tank Application"Journal of Spacecrafts and Rockets. (in press).

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] T.Yokozeki, T.Aoki: "Stress Analysis of Symmetric Laminates with Obliquely-crossed Matrix Cracks"Advanced Composite Materials. (in press).

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 小倉利之, 青木隆平, 小笠原俊夫: "カーボンナノチューブを分散させたエポキシ樹脂の基本特性"第45回構造強度に関する講演会講演集. 227-229 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書

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公開日: 2003-04-01   更新日: 2016-04-21  

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