月，火星を見据えた有人宇宙活動における固体材料火災安全性評価手法の構築

着眼月球、火星，开发载人航天活动固体材料消防安全评价方法

基本信息

批准号：
21K18775
负责人：
中谷辰爾
金额：
$ 3.99万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

有人宇宙活動における固体プラスチック材料の火災安全性評価を目的とし，微小重力における固体材料の消炎限界酸素濃度が調べられており，流速がある程度あるところで消炎限界酸素濃度が最小となる．重力による流れ場により，消炎限界酸素濃度は大きく影響を受けるため，月および火星といった有人宇宙活動における固体材料の安全性を評価する上でその機構を明らかにする必要がある．本研究では重力レベルが限界酸素濃度に及ぼす影響を明らかにするため，遠心装置を用いた実験系によってPMMA材料を燃焼することで評価している．また，エネルギーバランスを考慮したスケールモデルに対し，ベイズ推定手法であるMCMC法により，モデルを評価することを行なっている．本年度は，流動のある遠心装置において無視することのできないコリオリ力の評価を行った．一定の重力条件において，遠心装置のアームの長さを410mmから1000mmと変化させて角速度を変化させることでコリオリ力の大きさを調整した．結果，コリオリ力がLOCに及ぼす効果は限定的であった．また，火炎の傾きを観察するために複数の光学窓を用いた燃焼計測を実施している．一方で，一部の実験において結果の再現性に関して課題が示され，燃焼室を改良する必要が生じた．過去の研究で使用していた内部の配線やヒータにより流れが乱され，実験の再現性に影響する可能性が示唆された．そのため，燃焼器の再設計および製作を実施し，PIVをはじめとする燃焼室内流れの評価を実施した．モデルに関しては，重力によって誘起される速度項を入れてベイズ推定手法によりパラメータを推定した．予備計算により，通常重力において概ね文献値等で示される流速と同様の流速が得られており，新燃焼器を用いた測定結果と合わせて解析を行うことで，限界消炎酸素濃度予測のモデルの不確定性を明らかにし，評価精度を向上することができる可能性を示した．

为了评估固体塑料材料在载人空间活动中的火灾安全性，已经研究了在微重力下固体材料的极限氧的极限氧浓度，并且在一定水平的流速下，极限氧的极限氧浓度被最小化。由于炎症极限的极限氧浓度受重力引起的流场极大的影响，因此有必要阐明其在评估诸如月球和火星之类的载人空间活动中固体材料安全的机制。在这项研究中，为了阐明重力水平对极限氧浓度的影响，我们通过使用离心设备使用实验系统燃烧PMMA材料来评估PMMA材料。此外，对于考虑到能量平衡的比例模型，使用贝叶斯估计方法MCMC方法评估模型。今年，我们评估了在流动离心设备中不能忽略的科里奥利力量。在某些重力条件下，通过将离心机的臂长度从410 mm变为1000毫米并改变角速度来调整科里奥利力的大小。结果，科里奥利对LOC的影响受到限制。另外，使用多个光学窗口进行燃烧测量，以观察火焰的倾斜度。另一方面，一些实验显示了有关结果的可重复性的问题，这导致需要改善燃烧室。已经提出，先前研究中使用的内部接线和加热器可能会破坏流量，从而影响实验的可重复性。因此，对燃烧器进行了重新设计和制造，并评估了包括PIV在内的燃烧室的流动。关于该模型，使用贝叶斯估计方法估算参数，包括重力诱导的速度项。初步计算导致与正常重力相似的流速与文献值等所示的流速度相似，并通过使用新燃烧器进行测量结果进行分析，可以阐明模型的不确定性，以预测极限抗炎氧气浓度，并提高评估精度。