【研究分野】航空宇宙工学

【研究領域課題番号】17H03475 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

複合材料 / 接着接合 / クラックアレスタ / 亀裂抑制 / 応力集中 / 剥離 / 損傷許容性 / 樹脂亀裂 / 伸張成形 / 接着 / 亀裂 / 亀裂進展抑制 / 航空宇宙工学 / 接着構造

【研究成果の概要】

本研究では、複合材構造のボルトレス化を実現するための、独自の繊維強化型クラックアレスタ技術基盤を構築した。各種亀裂進展試験および有限要素解析を用いることで、亀裂停止効果を最大化させるアレスタ構成を検討し、疲労接着剥がれおよびTジョイントの剥離を抑制できることを実証した。また、層端部の応力集中を抑制するPly curving terminationを考案し、基礎的な検討により有効性を確認した。

【研究の社会的意義】

従来の航空機複合材構造は、硬化成形した部材を接合し構造に組み立てる際に剥離防止のためのボルト締結が大量に用いられているため、複合材料の優れた力学的特性・軽量性が十分には生かされておらず、また製造コストが従来金属構造に比べて非常に高い。本研究は接着接合の信頼性を向上させることを目的とした試みであり、ボルト締結部を大幅に削減する「ボルトレス化」により軽量化と低コスト化を同時に実現するものである。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】15,470千円 (直接経費: 11,900千円、間接経費: 3,570千円)

【研究分野】航空宇宙工学

【研究領域課題番号】16H02424 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

構造・材料 / 複合材料 / 雷撃 / 導電性高分子 / ポリアニリン / カーボンナノチューブ / シミュレーション / 航空宇宙工学 / 数値シミュレーション / 航空機 / 損傷 / 電気伝導度 / 損傷解析 / 機械材料・材料力学 / 高分子

【研究成果の概要】

航空機の複合材構造において、雷撃時の構造安全性を担保することは必須である。そこで本研究では、力学特性、耐熱性、成形性等を維持しつつ、導電性を制御可能な航空機構造用CFRPの創出と雷撃損傷挙動の解明を目的とした。その結果、ポリアニリン（PANI）系導電性樹脂および配向カーボンナノチューブ（CNT）を適用することでCFRPの導電性制御を実現できることを実証した。また、導電性を制御したCFRPに対して模擬雷撃試験による電撃損傷挙動の実験的評価を行うとともに、電気伝導・熱伝導・力学挙動を連成した数値解析を実施することによって、CFRPの導電性と電撃損傷との関係を実験的・解析的に解明した。

【研究の社会的意義】

近年、CFRPは比強度・比剛性に優れた構造材料として航空宇宙分野、輸送機器、一般産業分野への適用が拡大している。本研究では、ポリアニリン系導電性樹脂や配向カーボンナノチューブの適用という新しい観点からの技術によりCFRPに対して「導電性制御」という機能の付与を実現したもので学術的な意義は高い。また、耐雷性向上や電磁シールド性・損傷センシング機能の付与など、CFRPの多機能化への応用が可能となったことから社会的な意義も大きい。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】42,120千円 (直接経費: 32,400千円、間接経費: 9,720千円)

【研究分野】航空宇宙工学

【研究領域課題番号】26249131 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

航空宇宙工学 / スマート構造システム / 不確定性伝播モデル / ロバスト最適設計 / 高精度画像計測 / データ同化 / 複合材料 / 不確定性 / 最適設計 / 航空宇宙構造 / 設計検証 / ロバスト多目的最適設計

【研究成果の概要】

本研究では，次世代の宇宙ミッションに求められる宇宙構造システムとして，環境の変化に応じて形状を変化させることができる「宇宙スマート構造システム」に着目した．そして，このシステムを実現するために不可欠な「計算機検証と試験検証とを融合した設計検証法」を確立することを目的とした．計算機検証では不確定性のある環境下での性能評価法の確立を，試験検証法では主に熱変形やその不確定性に着目した試験検証法の確立をめざした．そして，それをもとに計算機検証と試験検証とを融合した設計検証法を構築し，宇宙スマート構造システムの設計に適用するとともに，その有効性を明らかにした．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】40,820千円 (直接経費: 31,400千円、間接経費: 9,420千円)

【研究分野】航空宇宙工学

【研究領域課題番号】25709082 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

複合材料 / 損傷許容設計 / 損傷検知 / 損傷修復 / 損傷許容性 / 光ファイバ / 自己治癒 / 構造・機能材料 / 航空宇宙工学 / 複合材料・物性 / 航空機構造 / 自己修復 / 設計法 / 衝撃損傷 / 剥離損傷 / モニタリング / 補修 / 軽量化

【研究成果の概要】

本研究課題では耐損傷性の問題から十分な軽量化にいたっていない複合材航空機構造を対象に、大幅な重量低減を目標とした検討を行った。具体的にはこれまで構築してきた階層型光ファイバ損傷検知システムを損傷検知・修復ハイブリッドシステムに発展させるとともに、独自の急速補修技術と融合させて構造に適用することで、設計許容ひずみレベルを向上させることを試みた。損傷検知・補修融合技術を適用することで初めて可能になる軽量供試体を作製し、従来構造との強度比較実験を通して融合技術による重量低減ポテンシャルを示した。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2017-03-31

【配分額】17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)

【研究分野】航空宇宙工学

【研究領域課題番号】24560970 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

Morphing wing / Composites / 航空工学 / 構造力学 / モーフィング翼 / 複合材 / 航空宇宙工学 / 構造・機能材料

【研究成果の概要】

本研究では、航空機構造の形状を任意に変化させ、飛行性能や飛行特性を向上させる技術を実現する手法として、超異方性複合材を用いたモーフィング翼構造を提案した。実機相当の翼型を対象として、後縁部をモーフィング部とした翼構造の構造解析を試み、ワイヤー駆動型のモーフィング翼を設計した。超異方性複合材を用いて、モーフィング翼模型を製作し、風洞試験にて、気流中における駆動実証を試み、30m/sまでの気流中において、モーフィング翼の駆動を実証した。モーフィング翼の実現性の実証と設計基盤技術の構築に成功した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)

【研究分野】航空宇宙工学

【研究領域課題番号】18106014 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

航空宇宙工学 / 複合材料・物性 / 光ファイバセンサ / モニタリング / 複合材料 / 損傷許容設計 / 監視システム / 構造ヘルスモニタリング

【研究成果の概要】

本研究では、航空宇宙機複合材構造の損傷許容設計実現のための光ファイバセンサ監視システムを実用化するための基礎・基盤研究として、まず土台となる「損傷プロセスの観察と定式化」を進めた。また、「弾性波計測による監視システム」、「分布ひずみ計測による監視システム」両者の適用化に取り組むとともに、両者の特性を組み合わせることで、より信頼性と診断精度の高い監視システムを構築した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2006 - 2010

【配分額】103,220千円 (直接経費: 79,400千円、間接経費: 23,820千円)