航空機用炭素繊維強化プラスチックの雷電磁環境解析法の開発と耐雷設計法の立案

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K04113
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分21010:電力工学関連
• 研究機関: 同志社大学
• 研究代表者: 馬場 吉弘 同志社大学, 理工学部, 教授 (70319466)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 雷 / 炭素繊維強化プラスチック / 耐雷 / 電磁環境 / 連成解析

研究成果の概要

航空機体に用いられている炭素繊維強化プラスチック（CFRP）積層板は，繊維方向とその直交方向の導電率が著しく異なる非常に薄い層が，繊維方向を変えて数十層も重ねられている。本研究では，時間領域有限差分（Finite-difference time-domain, FDTD）法に，導電率テンソルを導入することで，通常の立方体あるいは直方体セルを用いた解析においても，異方性をもつ層構造のCFRP機体をモデル化する手法を作成し，さらに熱方程式も導入することで，電磁界と熱の連成解析を行えるようにプログラムを高度化した。関連した研究の成果は，国内外の論文誌に複数の雑誌論文として掲載された。

自由記述の分野

電力工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

CFRP積層板を用いた航空機に雷撃が生じた場合，金属に比べて導電率が低いことに起因して，発生熱も高まり，さらに，機内に侵入する雷電磁界の振幅も大きくなると考えられている。燃料タンク近傍での高電界や高温の発生は，爆発に繋がる危険性があるため，耐雷対策が不可欠である。しかし，このような非常に薄くて異方性をもつ層構造のCFRP機体の耐雷設計は手探りの状態で，未だ確立されるには至っていなかった。本研究では，雷撃を受けたCFRP機体内の雷電流分布，各部の発生電界と発生熱の連成シミュレーション法とモデルの開発を行い，より効率的なCFRP航空機の耐雷対策の立案を行うことが可能となった。