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2006年10月14日 (土)

JAXA(4) 航空機用新素材研究

JAXAの「複合材技術開発センター」に行ってきました。先ほどNHK教育の番組「サイエンスZERO」を見ていたら、眞鍋かをりが訪問してレポートしていましたね。

炭素繊維複合材(CFRP)が航空機材料として多く使われるようになってきています。次世代旅客機であるボーイング787ではほとんどCFRPです。

Jaxa8ここのセンターでは、様々な研究を行っているようですが、メインは、CFRPの強度に関するデータベースを作ることだそうです。

Jaxa10 引張り試験をしているところです。CFRPは温度や湿度によって強度が大きく変化します。この試験機では、後方にあるボックスが出てくることで、温度は-70~+150℃、湿度は30~95%、の範囲で環境を変化させて試験ができます。

破断した試験片です。試験片は長方形の板状で、チャックではさむところには、紙やすりで巻くようにしてありました。金属の引張り試験のように断面積の小さい部分を作らないのですね。

Jaxa12 複合材ですから、繊維方向をどのように組み合わせるかによって当然壊れ方も違ってくるでしょうが、この写真では、最大せん断応力の面で壊れていますね。この写真だけで1時間の授業ができそうです。

Jaxa11 CFRPで作った翼構造のモデルです。

軽くて丈夫、成型も難しくない、良いことだらけにみえるCFRPもこれから多用されていくことによって、思わぬことが原因で壊れることがあるかもしれません。あまり知られていませんが、9.11テロの2ヵ月後、ニューヨークの住宅街に墜落したAmerican Airlines Flight 587 の事故は、史上はじめて複合材の破壊が起点となった旅客機事故でした。事故原因の解明もその後の対策も、もちろん設計でも、信頼できる材料のデータベースが不可欠です。

他の見学場所に比べて、どう見ても地味でしたが、ここが一番興味深かったという学生もいて、それがなんだか嬉しかったですね。

私としては、CFRPの非破壊検査は超音波がメインになってきますから、その研究も行われていると聞いていたので、それが見れなかったのが残念でした。

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コメント

こんにちは。私もサイエンスゼロを見ました。以前は複合材料の研究室に出入りしていたので懐かしかったです。

そこでは超音波顕微鏡というのを使っていました。一部抜粋「超音波により材料の弾性係数や構造内の欠陥の検出する方法について研究を行っています.走査型超音波顕微鏡により材料の表面波の測定を行い局所領域の弾性係数の測定,炭素繊維強化プラスチック積層板(CFRP積層板)内の層間剥離の観察などを行っています.また共鳴超音波スペクトロスコピーにより微小材料の共振周波数を高精度に測定し,弾性係数の同定およびマイクロクラックの検出を行っています.」

この航空技術の研究所にはだいぶ前ですが一度見学に行ったことがあります。フライトシュミレータやチタンか何かの引っ張り試験、各種風洞実験施設などを見学したのを覚えています。

投稿: KADOTA | 2006年10月15日 (日) 00時04分

KADOTAさん こんばんは
この記事を書こうとしていたときに、ちょうど「サイエンスZERO」で眞鍋かをりがはしゃいでいました。(そこだよ!と私もはしゃいでいたりして・・・笑)
超音波顕微鏡は北大の成田先生も草分けのお一人で、お話を伺ったことがあります。
CFRPの層間剥離は代表的な欠陥で、現在の技術では超音波で検出するのが最も優れています。すでに、現在運行している旅客機にもF15などの戦闘機にも適用されています。
B787では、品質保証も三菱重工の責任で、検査設計をしています。その最前線に教え子がいて、活躍しています。今回見学した学生の中にも、その仕事に就く者もいるはずです。
非破壊検査は、見えないきずを、何らかの物理的な働きかけをして間接的な情報を得て、推理判断していく作業です。それゆえ、その技術の進歩は、「きずの正体」に向けて、限りがないことになります。これを面白いと感じられるか、学生に伝えたいことのひとつです。

投稿: SUBAL | 2006年10月15日 (日) 00時58分

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