JAXA Repository / AIREX 未来へ続く、宙(そら)への英知
AA1630045001.pdf439.84 MB
title皮膜に網をかぶせた長時間飛翔用スーパープレッシャー気球の開発: 大重量搭載用大型気球の開発
Other TitleDevelopment of a super-pressure balloon with a net for long duration flight: Development of a large balloon for a heavy payload
Author(jpn)斎藤, 芳隆; 後藤, 健; 中篠, 恭一; 秋田, 大輔; 松尾, 卓摩; 松嶋, 清穂; 橋本, 紘幸; 田中, 茂樹; 島津, 繁之
Author(eng)Saito, Yoshitaka; Goto, Ken; Nakashino, Kyoichi; Akita, Daisuke; Matsuo, Takuma; Matsushima, Kiyoho; Hashimoto, Hiroyuki; Tanaka, Shigeki; Shimadu, Shigeyuki
Author Affiliation(jpn)宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所(JAXA)(ISAS); 宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所(JAXA)(ISAS); 東海大学; 東京工業大学; 明治大学; 藤倉航装株式会社; 藤倉航装株式会社; 藤倉航装株式会社; ナカダ産業株式会社
Author Affiliation(eng)Institute of Space and Astronautical Science, Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA)(ISAS); Institute of Space and Astronautical Science, Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA)(ISAS); Tokai University; Tokyo Institute of Technology; Meiji University; The Fujikura Parachute Co., Ltd.; The Fujikura Parachute Co., Ltd.; The Fujikura Parachute Co., Ltd.; Nakada Industrial Co.Ltd
Issue Date2017-03-14
Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA)
Publication title宇宙航空研究開発機構研究開発報告: 大気球研究報告
JAXA Research and Development Report
Start page1
End page32
Publication date2017-03-14
Abstract我々は気球に高張力繊維の菱形の目の網をかぶせる手法をもちいて長時間飛翔が可能な軽いスーパープレッシャー気球の開発を進めている。この手法には気球重量を同体積のゼロプレッシャー気球と同程度とできる利点がある。我々は大重量を搭載できる大型のスーパープレッシャー気球の開発の一環として、1.網と網、網とフィルムをミシンで縫うことで結合する方法の開発、2.大重量の搭載機器を気球破壊用の引き裂き紐と干渉せずに吊り下げることができる尾部の構造の開発を行った。また、スーパープレッシャー気球に用いているポリエチレンフィルムが100 日間におよぶ長時間飛翔に耐えるほど十分に小さいガス透過率を有することを確認した。これらの知見に基いて体積5,000m3 のNPB5-1 気球を開発した。地上膨張試験を実施したところ、引き裂き機構と頭部構造の間のフィルムに応力集中が発生し、十分な耐圧性能が得られないことが判明した。網線長を3%短縮することでフィルムへの応力集中を緩和する改修を気球に施し、再度、地上膨張試験を行ったが気球が対称に展開せずに、十分な耐圧性能が発揮できないことが判明した。そこで、周方向はそのままに子午線方向が3 % 長いゴアを用いることとし、体積10m3 のNPB001-6 気球の地上膨張試験で対称に展開することを確認した。この方法で体積2,000m3 のNPB2-1気球を製作し、地上膨張試験を実施したところ、対称に展開することが確認されると共に、破壊圧が1,040 Pa であることが判明した。これは、40kgのペイロードを搭載して高度22 km の上空を長時間飛翔させることが可能であることを意味する。長時間飛翔が可能なスーパープレッシャー気球の具現化は我が国では初めてとなる快挙である。今後、重量や製作時間を増やすことなくより高い耐圧性能が達成可能な構造、製法を開発すると共に、体積7,000m3 の気球を開発し、飛翔試験を通じて、大重量の機器を搭載して長時間飛翔が可能であることを実証する試験を実施する予定である
We have been engaged in the development of a light super-pressure balloon for long duration flight using a method covering the balloon with diamond-shaped nets of high-tensile fibers. This method has merit that the expected weight of the balloon is comparable to that of a zero-pressure balloon with the same volume. We have developed following technologies for a large super-pressure balloon with a heavy payload ; 1. a method to connect the net each other and connect the net to the balloon film, using a sewing machine, 2. a bottom fitting to suspend a heavy payload without disturbing the function of the break code to rip up the balloon. We also measured the Helium gas permeability through the balloon film and confirmed its airtightness as a material for 100 day flight. Based on these technologies, we developed a balloon with a volume of 5,000m3. Through the ground inflation test, we found that the capability of the balloon to withstand the differential pressure was not sufficient due to the stress concentration at the balloon film between the top fitting and the rip panel structure. We repaired the balloon by shortening the net length by 3 % to relax the stress concentration on the balloon film and performed the ground inflation test again. We also found that the balloon was not able to withstand the expected differential pressure due to the unsymmetrical deployment. Then, we proposed to make a balloon setting the balloon film 3% longer than the net length along the meridian direction, keeping its circumferential length. A 10m3 balloon was developed and confirmed its symmetrical deployment through ground inflation test. Finally, we developed a 2,000m3 balloon using the method and confirmed its symmetrical deployment and its burst pressure of 1,040Pa through the ground inflation test. This result means that the balloon can fly a long duration flight at an altitude of 22km with a payload of 40kg. This is the first super-pressure balloon with a capability to perform long duration flight in Japan. In future, we are going to develop a method to withstand higher differential pressure without increasing the balloon weight and the manufacturing time and also going to develop a 7,000m3 balloon for flight test to demonstrate its capability for long duration flight with a heavy payload.
Description形態: カラー図版あり
Physical characteristics: Original contains color illustrations
Keywords科学実験用気球; スーパープレッシャー気球; 膜構造物; Scientific Balloon; Super-pressure Balloon; Membrane Structure
Document TypeTechnical Report
JAXA Category研究開発報告
NASA Subject CategoryAircraft Design, Testing and Performance
Report NoJAXA-RR-16-008

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