2016 Fiscal Year Research-status Report
超高真空中における動圧流体軸受の特性評価とキャビテーションの可視化観察
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15K05779
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
塩見 裕 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (20578794)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松岡 範子 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (20747795)
野木 高 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (30371107)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 動圧流体軸受 / キャビテーション / 可視化観察 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超高真空中における動圧流体軸受の軸受特性の評価と大気中・真空中のキャビテーション現象を把握するために以下をの３つの項目を行い、それぞれ知見を得た。
【スラスト軸受試験】円孔を軸受面に付与した平行平面スラスト軸受を用いた真空中の軸受試験を実施し、キャビテーションの領域の可視化観察および膜厚測定を行い、以下の知見を得た。①真空中のように周囲圧力とキャビテーション内圧力の差異が小さい系においても、円孔内でキャビテーションが閉じ、動圧を維持する。②大気中と比較すると真空中の方が、同しゅう動条件（荷重，速度）において円孔内に生じるキャビテーション領域が広がること、摩擦トルクが大きくなる。③円孔の脇に溝を加工し、周囲と円孔内をつないだ場合、円孔のみで行った試験で見られた大気・真空中の摩擦トルクの差異は軽減され、ほぼ同程度となる。
【低速度域の油膜厚さ測定】上述のスラスト軸受で軸受試験を行い、起動・停止時の低速域での油膜分布の測定を光干渉法を用いて行い、以下の知見を得た。①停止時および組み付け時にスクイズ膜が残存し、直接接触を緩和する。②停止後，10秒程度おいて再起動させた場合、残存したスクイズ膜（数百nm）により二面が分離されていることで，起動トルクは小さい。
【数値計算】上述の軸受試験の円孔周辺を模擬した解析モデルに対し、油膜厚さと隙間の比θを導入したレイノルズ方程式を緩和法で解くことでθの分布を求め、円孔内のキャビテーション領域の大きさを実験結果と比較した。その結果、大気中は解析結果と実験結果が一致するが、真空中では一致しないことを明らかにした。これは従来の解析手法では、真空中の動圧流体軸受の解析を十分に行えないことを示唆する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
真空におけるキャビテーション現象の可視化観察に時間を要したため、本年度予定した低速での摩耗特性について試験を行えなかった。一方で、来年度に予定した数値計算法の構築を前倒して実施していることから、全体としては概ね順調に進んでいるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
従来の解析手法で真空中の動圧流体軸受の解析が困難であることが明らかになっており、対策が必要である。従来の解析で周囲圧力とキャビテーション圧力の差から生じる流体の圧力流れに加え、別の力を計算に導入する必要があり、現在、表面張力に着目し解析手法の検討を進めている。
実験に関しては軸受試験方法を構築できているため、計画通り試験を遂行する。
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| Causes of Carryover |
軸受試験に時間を要したため、起動・停止の摩耗特性に関する評価および試験片の製作の一部を次年度に延期したため、製作費の一部を次年度に繰り越す。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
軸受のしゅう動面に表面処理を行うための費用として使用する。
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