| 研究課題/領域番号 |
20K04926
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分24010:航空宇宙工学関連
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| 研究機関 | 東京都市大学 |
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研究代表者 |
桃沢 愛 東京都市大学, 理工学部, 准教授 (70575597)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 熱防御システム / アーク加熱風洞 / 窒化ジルコニウム / カソード / SiC / ZrB2 / 耐酸化性 / 再突入環境 / ジルコニウムカソード / 放電プラズマ焼結 / 動的酸化 / 熱防御システム（TPS) / 動的酸化試験 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の目的は、他に殆ど実績のない再突入環境を模擬した環境下でTPSの酸化実験を行う（動的酸化）ことである。実験室レベルで動的酸化実験可能なアーク加熱風洞を用いて、信頼性の高いTPSの使用可能温度Tmaxを確定し、高速流下での酸化のメカニズムを解明する。同時に、TPSに用いる超高温耐熱セラミックス（UHTC）の組成および微細構造の検討による機械的特性の改善を図る。そして、今後のより高速な再突入ミッションの実現に向け、アーク加熱風洞の継続的な改良を行う。
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| 研究成果の概要 |
宇宙往還機の熱防御システム(TPS)開発に用いるアーク加熱風洞の開発と、超高温耐熱セラミックスの作製とその酸化試験を行った。
アーク加熱風洞の開発では、誘導加熱炉を用いて表面窒化を行ったZrカソードを用いて酸素を含む気流での30分以上の作動に成功した。
TPS開発では、アーク加熱風洞によるSiCの動的酸化試験を行い，再突入環境下でTPSとして使える範囲を確定させた。ZrB2-SiCについては、放電プラズマ焼結法を用いた最適な焼結条件を見出した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究の目的は、地球への再突入時や大気のある惑星・衛星への着陸時にロケット本体を保護するために必要な耐熱タイルの開発と、再突入時の模擬酸化実験装置の開発である。
本研究の成果は、空気を主作動流体とする超音速気流を実験室レベルで長時間運転することが可能にしたことから、信頼性の高い耐熱タイルの開発を加速するものである。また、アークジェットの電極は耐酸化性に優れているため、アークジェット推進剤の選択肢が大きく広がり、宇宙開発や人工衛星のエンジン開発にも大いに役立つ。
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