次世代型超軽量多孔質アブレータの研究

点击翻译按钮获取中文摘要

外部からの高温空気の流入を内部発生する熱分解ガスで防護しようとする現行アブレータに対し、むしろ外部の気体を積極的に内部に取込み、アブレータ未反応母材よりも熱伝導率の低い"空気を内包"することで内部への実効的な熱伝導を抑制する新発想のアブレータの研究を行ってきた。炭素繊維を格子状の3次元立方体形状に配置し、マトリックスの高温粘性の性質を利用して、繊維の格子点のみにマトリックスを付着させた炭素繊維強化型プラスティックアブレータは、従来型の3分の1の密度で、地球周回軌道からの再突入に代表される中程度の加熱環境での良好な耐熱性能を示した。この新型アブレータを宇宙飛翔体の耐熱材料として実用化するためには、繊維径と格子間隔の最適化、また格子点へのマトリックスの選択的に付着させる方法の確立など、材料組成に関する課題があり、もう一方で、このアブレーションメカニズムを実験的/解析的に解明することを課題として掲げ研究を進めてきた。ファイバー径、およびその構成(間隔)に自由度があり、高温気体・熱分解気体の粘性力、表面張力から決定される特性長さを基準に適正なものを選択し、溶剤によってゲル化・低濃度化された樹脂を、プリフォーム(フェルト状の炭素繊維成型体)中に均一分散含浸ようとしたが、最適化には至っていない。しかしながら解析の面では、外部からの高温空気と内部から噴出する熱分解ガスの反応、および炭化層内におけるガスの運動量保存則を考慮したモデル化を行い内部における熱分解ガス圧力を模擬することが可能となった。おれにより、製作時の多孔質度によって外部に噴出される熱分解ガス量を変化させることで熱分解ガスの発生率をある程度制御できることが解析的に判明した。高加熱率下でも、通常のアブレータ以上に熱分解ガスを発生させることが、表面退行を減少させることができると考えている。