航空装備研究所の最近の試験 - mod...y.f.gu, et al. :superalloy 2008,(tms, 2008)...
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航空装備研究所の最近の試験
航空装備研究所航空機技術研究部
エンジン熱空力・構造研究室金子昂弘
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電動アクチュエーションの研究
クラウド・シューティング
電子戦に強いフライ・バイ・ライト
敵を凌駕するステルス
次世代ハイパワー・レーダー
次世代ハイパワースリムエンジン
ウェポン内装化空力技術の研究
ステルスインテークダクトの研究
ウェポンリリース・ステルス化の研究
軽量化機体構造の研究
次世代エンジン主要構成要素の研究
戦闘機用エンジンの研究
将来戦闘機関連の研究
戦闘機用統合火器管制技術の研究
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電動アクチュエーションの研究
クラウド・シューティング
電子戦に強いフライ・バイ・ライト
敵を凌駕するステルス
次世代ハイパワー・レーダー
次世代ハイパワースリムエンジン
ウェポン内装化空力技術の研究
ステルスインテークダクトの研究
ウェポンリリース・ステルス化の研究
軽量化機体構造の研究
次世代エンジン主要構成要素の研究
戦闘機用エンジンの研究
将来戦闘機関連の研究
戦闘機用統合火器管制技術の研究
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背景
高速(遷/超音速)飛行
将来戦闘機
低速(亜音速)飛行
哨戒機(P-1)
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背景
低速(亜音速)飛行
哨戒機(P-1)
亜音速でのウェポン分離
低速風洞での風洞試験結果を活用する設計手法が確立されている
最終的に飛行試験で検証
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背景
高速(遷/超音速)飛行
将来戦闘機
・ステルス性確保のため
機体内部へのウェポン搭載
将来戦闘機等では、現有航空機にはない
・高速(遷/超音速)での
素早く安全なウェポン分離
が要求されている。
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高速(遷・超音速)でのウェポン分離
内装型ウェポンベイから高速で安全に分離させるためには、このような場の空力現象を把握する必要がある。
機体
内装型ウェポンベイ
搭載物(ミサイルなど)
衝撃波等
遅い流れ
速い流れ
気流(超音速)
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ウェポン内装化空力技術の研究とは
空力現象を精度良く評価できるツールとなるCTS装置とCFDツールを試作し、その性能を所内試験で確認した
搭載物模型
母機模型
ウェポンベイを有する胴体下面を模擬
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CTS装置を用いた風洞試験の概要
気流
風洞内部
母機模型(飛行機)
搭載物模型(ウェポン)
計測・制御PC
計測データ
位置制御
空気力の計測と軌跡の計算を行う
Captive Trajectory System
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母機模型(ウェポンベイ模擬)
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風洞試験(改善前)
搭載物模型
気流(超音速)
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速度分布(マッハ数)
CFD(計算流体力学)による解析例
ウェポンベイ(模擬)
CFD解析から搭載物が画面反時計回りの方向に運動する現象を把握
低圧の部分 搭載物模型
空気流空気流
Computational Fluid Dynamics
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母機模型(ウェポンベイ模擬)
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風洞試験(改善後)
搭載物模型
気流(超音速)
適切な初速度及び角速度を与えることで、ウェポンが安全に分離できることが判明
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・風洞試験とCFD解析によりウェポンベイ周辺の空力現象を把握・本研究の成果は、より現実を模擬したウェポンリリース機構に関する研究
と併せ、将来戦闘機の設計へと活用される
ウェポン内装化空力技術の研究のまとめ
本研究 ウェポンリリース機構
空力現象の把握 ウェポンベイ設計手法確立
将来戦闘機
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電動アクチュエーションの研究
クラウド・シューティング
電子戦に強いフライ・バイ・ライト
敵を凌駕するステルス
次世代ハイパワー・レーダー
次世代ハイパワースリムエンジン
ウェポン内装化空力技術の研究
ステルスインテークダクトの研究
ウェポンリリース・ステルス化の研究
軽量化機体構造の研究
次世代エンジン主要構成要素の研究
戦闘機用エンジンの研究
将来戦闘機関連の研究
戦闘機用統合火器管制技術の研究
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次世代エンジン主要構成要素の研究とは
・空力性能試験
・冷却性能試験
・材料試験
・燃焼性能試験・空力性能試験
圧縮機圧縮機 燃焼器燃焼器
・材料試験
ハイパワー・スリムエンジン
高圧タービン高圧タービン
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高圧タービンの構造と新材料適用
燃焼器
低圧タービン燃焼ガス
燃焼ガス
静翼動翼
シュラウド
タービンディスク
Ni-Co基超合金(溶製鍛造)
Ni基単結晶超合金Ni基単結晶超合金
セラミックス複合材
高圧タービンの構造
最大平均1800℃
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熱
ディスク
ダブテール部
動翼
高圧タービンディスク材料の特性
高応力高応力
繰り返し負荷繰り返し負荷高温・長時間
耐久高温・長時間
耐久
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750
粉末冶金材
溶製鍛造材
700
650
600
1960 1970 1980 1990 2000 2010開発年度
耐熱
温度
(℃
)
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高圧タービンディスク材料の発展
TMW-24(溶製鍛造材)
630MPa,1000時間で破壊する温度
Y.F.Gu, et al. :SUPERALLOY 2008,(TMS, 2008) pp.53-61.
NIMS NOW 10月号(2009)
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750
粉末冶金材
溶製鍛造材
700
650
600
1960 1970 1980 1990 2000 2010開発年度
耐熱
温度
(℃
)TMW-24
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高圧タービンディスク材料の発展
Y.F.Gu, et al. :SUPERALLOY 2008,(TMS, 2008) pp.53-61.
NIMS NOW 10月号(2009)
630MPa,1000時間で破壊する温度
文献値 タービンディスク
同等の性能?
確認する必要がある
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高圧タービンディスクの試作
鍛造前の素材(ビレット)
仕上げ鍛造後(ディスク素材)
中間形状
鍛造シミュレーション
予備鍛造試験
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高圧タービンディスク材料試験
材料試験片例(クリープ特性 試験前)
鍛造材上面
鍛造材断面
タービンディスク試験片切出位置
材料試験機(例)
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高圧タービンディスク材料試験結果例
・従来材以上の性能
優れた国産材料(TMW-24)が大型高圧タービンディスクに適用できることを確認した。
・TMW-24(NEDO)と従来材の材料特性を比較
・TMW-2,24(NEDO)と本研究で得られた材料特性を比較
クリープ性能
TMW-24(本研究)
従来材(P-1エンジン) ・TMW-2,24(NEDO)と
同等の性能TMW-2, 24(NEDO)
高応力長時間高温
高温低温
短時間 長時間
高応
力低
応力
TMW-2,24(NEDO):高温タービンディスク製造技術に関する研究開発成果報告書(平成21年5月) (国研)新エネルギー・産業技術総合開発機構
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高圧タービンシュラウドの概要
CMC(炭素ケイ素繊維)
Environmental Barrier Coating
空気
シュラウド
CMCで高圧タービンシュラウドを試作し、熱による繰り返し負荷に対する耐久性の確認を実施
高温耐久性
燃焼器 低圧タービン燃焼ガス 燃焼ガス動翼
軽量
高温強度
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試験実施前 試験実施後
・実機の熱負荷を模擬
・実機と同等のサイクル負荷を与える
機能喪失に至る損傷
が無いことを確認
高圧タービンシュラウド熱疲労試験
を高圧タービンシュラウドに適用可能なことを確認した耐熱複合材(CMC)耐環境性コーティング
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性能試験を実施中であり、良好な成果を得つつある。得られた成果をコアエンジンに反映し、システムとしての性能を確認していく
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次世代エンジン主要構成要素の研究のまとめ
新材料を適用することが可能であることを確認した。
・高圧タービン 材料試験
・その他の試験 圧縮機・燃焼器・高圧タービン
各要素単体での性能確認
将来戦闘機用エンジン
システムとしての性能確認
本研究 コアエンジン
低圧系(ファン・低圧タービン)等を含めたシステムの性能確認
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将来戦闘機に向けて
ハイパワースリムエンジン
クラウドシューティング
ステルス 将来戦闘機
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