耐熱CFRPサンドイッチパネルを用いた軽量熱防御システムの開発

使用耐热CFRP夹芯板开发轻质热防护系统

基本信息

批准号：
16K18314
负责人：
久保田勇希
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Japan Aerospace EXploration Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-01 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

大気圏再突入カプセルの熱望魚システムは、アブレータ、構造部材、断熱材の三つの材料から構成される。本研究では、宇宙航空研究開発機構（JAXA）が独自で開発したポリイミド樹脂TriA-Xの耐熱性を応用し、カプセル主構造と断熱材が一体となった革新的な軽量熱防御システムの検討を行った。初年度では目標であった高密度ポリイミドアブレータの開発に成功した。ポリイミド樹脂を母材とした複合材量では成形時に樹脂溶媒が残存するため、10mm以上の厚い供試体成形は困難であった。申請当初の予定では、溶媒レスの耐熱ポリイミド樹脂を開発することで、その成形性向上を図る予定であったが、耐熱性の低下が懸念された。そこで、プリプレグ状態で乾燥処理を行うことで、40mmの高密度ポリイミドアブレータの成形に成功した。さらに、初年度では高密度ポリイミドアブレータと、構造断熱部材となる耐熱ポリイミドサンドイッチパネルの接着技術を確立し、その応答性評価の一部を実施した。その結果、40％の軽量化が可能となることを明かにした。次年度である平成29年度では、アーク風洞試験を用いてさらなる熱応答性評価を実施し、種々の加熱条件における優位性を実証した。また各種物性値を取得し、簡便ではあるものの、アーク風洞環境における熱応答性解析を実施した。これにより各加熱環境における最適なアブレータ厚みを算出し、その性能の最大化を目指した。また、ポリイミドアブレータ作製の技術を応用し、申請当初は想定していなかった新たな技術の確立に成功した。乾燥プリプレグを用いてアブレータを中密度化する技術を開発し、さらにはアブレータの厚み方向に密度傾斜を持たせる技術アイデアを生み出した。

重返大气层太空舱的“Aspiration Fish”系统由三种材料组成：烧蚀体、结构构件和绝缘体。在这项研究中，我们将应用TriA-X（一种最初由日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）开发的聚酰亚胺树脂）的耐热性，来考虑集成主舱结构和隔热材料的创新轻质热保护系统。第一年，我们成功开发出高密度聚酰亚胺烧蚀剂，这就是我们的目标。以聚酰亚胺树脂为基材的复合材料成型时，树脂溶剂残留，因此难以成型厚度超过10mm的样品。最初的申请计划是开发无溶剂耐热聚酰亚胺树脂，以提高其成型性，但有人担心其耐热性会恶化。因此，通过干燥预浸料，我们成功成型了40毫米高密度聚酰亚胺烧蚀体。此外，我们在第一年建立了高密度聚酰亚胺烧蚀体和用作结构绝缘构件的耐热聚酰亚胺夹芯板的粘合技术，并进行了部分响应性评估。结果表明，重量可以减轻40%。在接下来的2017财年，我们利用弧形风洞试验进行了进一步的热响应评估，并在各种加热条件下展示了优越性。我们还获得了各种物理性能值，并在弧形风洞环境中进行了简单的热响应分析。通过此，我们计算了每种加热环境的最佳烧蚀体厚度，并旨在最大限度地提高其性能。此外，通过应用生产聚酰亚胺烧蚀器的技术，我们成功地建立了一项在应用时未曾想到的新技术。我们开发了一种利用干燥预浸料使烧蚀体具有中等密度的技术，并且还创造了一种在烧蚀体厚度方向上产生密度梯度的技术理念。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

アブレータ、プリプレグ、アブレータの製造方法、及びアブレータ用のプリプレグの製造方法

烧蚀体、预浸料、烧蚀体的制造方法以及烧蚀体用预浸料的制造方法

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Thermal response and recession resistance of new thermal protection system using high-temperature sandwich panel

使用高温夹芯板的新型热防护系统的热响应和抗衰退性

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
Proceeding of International Astronautical Congress 2017
影响因子：
0
作者：
Ousei Miyamoto;Yuki Kubota;Takuya Aoki;Yuichi Ishida;Toshio Oasawara;Shinjiro Umezu
通讯作者：
Shinjiro Umezu

Application of porous carbon material for heat shield of re-entry capsule

多孔碳材料在返回舱隔热罩中的应用