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複合材製極低温推進剤タンクへの適用を考慮した樹脂フィルムライナー材料の特性の把握

研究課題

研究課題/領域番号 16656265
研究種目

萌芽研究

配分区分補助金
研究分野 航空宇宙工学
研究機関独立行政法人宇宙航空研究開発機構

研究代表者

稲谷 芳文  独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部宇宙航行システム研究系, 教授 (10168403)

研究分担者 成尾 芳博  独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部宇宙航行システム研究系, 助手 (70150050)
佐藤 英一  独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部宇宙構造・材料工学研究系, 助教授 (40178710)
竹内 伸介  独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部宇宙構造・材料工学研究系, 助手 (20353419)
樋口 健  独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部宇宙構造・材料工学研究系, 助教授 (60165090)
研究期間 (年度) 2004 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
2005年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2004年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
キーワード複合材 / 極低温 / 液体水素 / 強度 / 樹脂フィルム / CFRP / 液晶ポリマー
研究概要

再使用ロケットの軽量化には極低温推進剤タンクの軽量化効果が大きく、推進剤タンクの軽量化には従来の金属製タンクに代えて繊維強化プラスチック製タンク(複合材タンク)の研究開発が必要である。極低温推進剤タンクの複合材化は各国で研究が進められているが、CFRPに生じるマイクロクラックからの燃料漏洩対策が課題となっている。我々は、現時点で極低温では複合材にマイクロクラックは避けられないものとして、タンク壁内面に施工したライナにより気密を維持する構造を検討した。各種ライナ付複合材タンクの中で、我々はAlライナ付複合材液体水素タンクの開発を行い、2003年10月にRVTの実フライトに供すことができた。
しかし、今後の軽量化及び信頼性の技術的発展を考えると、Alライナを取りやめた全複合材化が望まれる。我々は、Aに替わる樹脂ライナとしてLCP(液晶ポリマー)フィルムを検討した。LCP(液晶ポリマー、liquid crystal polymer)フィルムは、有機フィルム中最高レベルのガスバリアー性をもち、かつCFRPに近い熱膨張率を持ち、複合材タンクのライナ材料として適性が高い。一方、接着性が悪いことが問題であるが、熱可塑材料であるため融点付近の温度で圧力を加えることで融着が可能である。一方、これまでの予備試作により、一部分でもLCP/LCP接着にエポキシ樹脂等の接着剤を使用すると、極低温ではそこがリークパスを形成してしまうことが明らかとなっている。したがって、タンク内面全域が融着接合LCPフィルムで覆われていることが必要である。
本研究では、全融着LCPライナ製造に対し、ポリイミドFRP内殻方式と水溶性ジグ方式の2つのプロセスを検討した。両方式による小型タンクの試作を行い、両者の成立性が検証できた。ただし、ポリイミド内殻方式では不可欠の局所加熱融着プロセスは現段階では信頼性に欠け、大型タンクの製造には適さないことが判明した。一方、水溶性ジグ方式は、ライナー体成形による大型タンク製造に適用可能であることがわかった。

報告書

(2件)
  • 2005 実績報告書
  • 2004 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2005 2004

すべて 雑誌論文 (5件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] 樹脂ライナー付極低温複合材タンクの試作2005

    • 著者名/発表者名
      荒川陽司, 松岡誠一, 佐藤英一, 樋口健, 竹内伸介, 成尾芳博, 稲谷芳文
    • 雑誌名

      日本金属学会2005年春期大会

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書 2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Development and flight test of metal-lined CFRP cryogenic tank for reusable rocket2005

    • 著者名/発表者名
      K.Higuchia, S.Takeuchi, E.Sato, Y.Naruo, Y.Inatani, F.Namiki, K.Tanaka, Y.Watabe
    • 雑誌名

      Acta Astronantica 57

      ページ: 432-437

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] DEVELOPMENT OF CRYOGENIC COMPOSITE TANK LINED WITH POLYMER FILM2005

    • 著者名/発表者名
      E.Sato, S.Takeuchi, K.Higuchi, Y.Naruo, Y.Inatani, Y.Arakawa, S.Matsuoka
    • 雑誌名

      Proc.56th Intern.Astronautical Cogress

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 樹脂ライナー付極低温複合材タンクの試作2004

    • 著者名/発表者名
      荒川陽司, 松岡誠一, 佐藤英一, 樋口健, 竹内伸介, 成尾芳博, 稲谷芳文
    • 雑誌名

      第48回宇宙科学技術連合講演会講演集

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 樹脂ライナー付極低温複合材タンクの試作2004

    • 著者名/発表者名
      荒川陽司, 松岡誠一, 佐藤英一, 樋口健, 竹内伸介, 成尾芳博, 稲谷芳文
    • 雑誌名

      第48回宇宙科学技術連合講演会 講演集

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [産業財産権] 極低温複合材圧力容器の製造方法2004

    • 発明者名
      佐藤 他7名
    • 権利者名
      宇宙機構, 富士重工
    • 出願年月日
      2004-08-30
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [産業財産権] 極低温複合材圧力容器の製造方法2004

    • 発明者名
      佐藤 他7名
    • 権利者名
      宇宙機構, 富士重工
    • 出願年月日
      2004-08-30
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書

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公開日: 2004-04-01   更新日: 2016-04-21  

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