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．

为了评价载人航天活动中固体塑料材料的消防安全性，对微重力下固体材料灭火的临界氧浓度进行了研究，在一定流速下灭火的临界氧浓度最小。由于灭绝的临界氧浓度受重力流场的影响很大，因此有必要澄清这一机制，以评估月球和火星载人航天活动中固体材料的安全性。在本研究中，为了阐明重力水平对临界氧浓度的影响，我们通过在使用离心装置的实验系统中燃烧PMMA材料来对其进行评估。此外，对于考虑能量平衡的规模模型，我们正在使用MCMC方法（一种贝叶斯估计方法）来评估模型。今年，我们评估了科里奥利力，该力在有流动的离心装置中是不可忽视的。在恒重力条件下，通过改变离心装置臂长从410 mm到1000 mm并改变角速度来调节科里奥利力的大小。因此，科里奥利力对 LOC 的影响有限。此外，我们还使用多个光学窗口进行燃烧测量，以观察火焰倾斜度。另一方面，一些实验显示结果的再现性存在问题，需要对燃烧室进行改进。有人认为，过去研究中使用的内部接线和加热器可能扰乱了流动，影响了实验的再现性。因此，重新设计和制造了燃烧器，并对燃烧室中的流动（包括PIV）进行了评估。关于模型，使用贝叶斯估计方法通过包括由重力引起的速度项来估计参数。初步计算得到了与正常重力条件下文献中所示的流速相似的流速，并且通过将其与使用新燃烧器的测量结果一起分析，我们开发了用于预测临界淬火氧浓度的模型，并证明了澄清的可能性。不确定性并提高评估准确性。