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航空機構造力学

概要

 ライト兄弟がフライヤー号によって37mの飛行に成功して以来、飛行機の性能は飛躍的に向上しました。重力に逆らって飛行する航空機の性能向上には、機体の軽量化が鍵ですが、軽くするあまりに強さや剛さ(こわさ)を犠牲にしては安全性が保てません。ライト兄弟は機体に働く力を緻密に計算し、数百回にも及ぶ強度試験によって軽さと強さをバランスさせました。現在ではコンピュータを使った大規模で精度の高い構造解析が発達し、F-16、F-18と言った高性能な戦闘機やA380旅客機のような超大型機が作られるようになりました。  また、大気圏外を飛行するロケットやスペースシャトルなどの宇宙機は打ち上げの際の「g」はもとより、太陽の輻射や宇宙線といった過酷な環境にさらされます。私たちの研究分野では、飛行機や宇宙機をより軽く、より高性能、より上部で安全にするために構造力学や材料力学を学び、最新の研究を通して、航空機や宇宙機の構造や材料に関する広い見識を身につけます。

 時速28,000kmで地球の周りを飛行するスペースシャトルは、帰還の際に空気との摩擦で1,000度以上もの高温に曝されます。単一の材料では、このような過酷な環境に耐えることができません。そこでいくつかの材料を組み合わせた先進複合材料(コンポジット)が使われます。

支援戦闘機F-2
F=2主翼 構造試験モデル

 構造力学分野ではオートクレーブ(F-2支援戦闘機の主翼を作ったものと同じ型)を使って母材を炭素繊維で強化した複合材料を創製し、力学特性や耐環境性能の研究を行っています。その成果は、航空機や複合材料に関する学会などで発表し、高い評価を得ています。

 宇宙ではパラボラアンテナやマストなど10mを越す大型構造物がたくさん使われます。しかし、これをロケットやシャトルで運ぶには、小さく折り畳まなくてはなりません。これらは展開構造やインフレータブル(膨張)構造などと呼ばれる構造ですが、構造力学分野ではこのような柔軟構造の開発や力学的な挙動の研究も行っています。

ETS-8衛星(提供JAXA)

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防衛大学校 システム工学群 航空宇宙工学科
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