NASA、AnalySwiftと南フロリダ大学と連携し薄肉合板コンポジットを開発

パデュー大学系ソフトウェア企業AnalySwift（米国ユタ州ウェスト・ジョーダン）は、効率的な高忠実度コンポジット・モデリング・ソフトウェアを提供しており、主要研究機関である南フロリダ大学（University of Southern Florida）と共同で、NASAの小規模企業技術移転（STTR）契約を獲得しました。これにより、宇宙船やNASAミッションに必要な薄肉合板コンポジットを含むコンポジットの設計を改善します。

薄肉合板コンポジットは、硬化後プライ厚が0.0025インチ（約0.0635mm）未満であることから名付けられ、カーボンファイバー、グラフェン、その他のポリマーなどの織物材料から作られます。プライのエッジに沿ったわずかな曲率により、後方に曲がるのではなく重量を支えることができ、この特性により衛星ペイロード（太陽光発電宇宙旅行用のソーラー・セイルなど）を支えたり、大型宇宙船の支持構造として機能したりするほど強度があるとされています。さらに、薄肉合板コンポジット構造はロールアップしてコンパクトに収納し、展開が必要になるまで長期間保管可能です。

「薄肉合板コンポジットは、展開型宇宙機構造体の建設において、従来の金属材料に比べて大幅な性能向上をもたらします」と、UCF機械・航空宇宙工学科の助教授カワイ・クォック氏（研究を主導）は述べています。「極めて薄く、高い破壊歪み限界を持つ薄肉合板コンポジットは、現在の能力を遥かに超える折り曲げ曲率を実現します。体積効率と質量効率に優れ、入手容易な材料と商業プロセスで低コスト製造可能です。」

クォック氏と彼の構造・材料設計研究室は、独自に開発した実験的・計算論的手法を用いて、繰り返し使用と長期圧縮保管という宇宙環境下で、薄肉合板コンポジットとポリマーの性能を特性評価・モデリングします。

クォック氏は、この研究から得られる実験データ、理論、付随ソフトウェアが、衛星用ブーム、セイル、パネル、リフレクターなどや、NASAミッション向け着陸機、ローバー、ソーラー・アレイの軽量構造、コンパクトで垂直打ち上げ能力を持つ将来の航空機への応用が可能だと述べています。

AnalySwiftがUCFをパートナーに選んだのは、クォック氏がNASA向けを含む薄肉合板コンポジット材料の研究で豊富な経験を持つためだと、AnalySwift社長兼CEOのアラン・ウッド氏は説明します。「カワイ・クォック教授はこの問題でNASAと協業しており、AnalySwiftはUCFをこのプロジェクトの研究機関としてパートナーシップを結ぶことを嬉しく思います。」

AnalySwiftとUCFは、パデュー大学（米国インディアナ州ウェスト・ラファイエット）とも提携しており、研究コード開発を主導し、ウェンビン・ユー教授（パデュー大学航空宇宙工学科）の指導の下、モデル検証・妥当性確認に必要なシミュレーションを実行します。

「このタイプの作業で、このような極限条件と過去の荷重履歴を考慮した、検証済みで信頼性のある特性評価・モデリング手法とツールは現在存在しません」とユー氏は言います。「信頼性のある予測・特性評価能力がないと、最終設計の性能における不確実性を回避するために追加試験がしばしば必要となり、結果として技術開発と提供が遅れます。」

詳細については、ロバート・H・ウェルズ、研究室、
robert.wells@ucf.edu までお問い合わせください。