2019 Fiscal Year Annual Research Report
Dynamic Characteristics of an Inducer and a Tip Vortex Cavitation
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17K06157
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
堀口 祐憲 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (60314837)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | インデューサ / キャビテーション / 動特性 / ケーシングトリートメント |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ロケットエンジンでは、ターボポンプインデューサで生じるキャビテーションが原因となって流量変動が生じる場合がある。圧力変動や流量変動に対するキャビティ体積の変化率、すなわち動特性が、流量変動の発生に大きな影響を持つため、これを明らかにすることが、信頼性の高いロケットエンジン（ターボポンプ－推進薬供給系）の実現に必要とされている。
令和元年度の研究では、不安定流動現象の防止効果が高い、旋回止めを有する周方向溝付ケーシングに対して動特性の計測を行い、不安定流動現象の抑制効果と動特性の関連性を調べた。その結果、ストレートケーシングの場合と同様に、圧力変化に対してキャビティはほとんど遅れることなく応答することが明らかになった。一方、流量変動に対しては、ストレートケーシングの場合の90°程度の遅れに対して、旋回止めを有する周方向溝付ケーシングの場合には、105°程度とより大きく遅れることがわかった。周方向溝付ケーシングの場合には、翼端漏れ渦キャビティが溝の中に閉じ込められており、これが翼端漏れ流れの変動に対して応答するまでの時間が若干長くなるために、より大きく遅れたものと考えられる。
また、不安定流動現象の代表例の1つである、旋回キャビテーションが動特性に与える影響についても調べた。2次元解析に基づく安定判別式によると、旋回キャビテーションが生じるストレートケーシングと生じない周方向溝付ケーシングのいずれを用いた場合でも、翼端漏れ流れや逆流が考慮されていないためか、旋回キャビテーションが発生し得るという結果が得られた。しかしながら、ストレートケーシングの場合に、より強い不安定性を示す結果となっていた。よって、3次元流れに対しても、2次元解析の安定判別式が、定性的には役立つ可能性があることが示唆された。
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