2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of aerodynamic bearings supported by elastic structure with snap-through buckling for high speed turbomachines
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18K03920
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| Research Institution | Daido University |
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Principal Investigator |
杣谷 啓 大同大学, 工学部, 准教授 (70581429)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 飛越座屈 / 弾性支持 / 空気軸受 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超小型・超高速ターボ機械への応用が期待される軸受として、空気を潤滑流体として用いた弾性支持型の空気軸受は活発に研究が進められている。弾性支持型の空気軸受は軸受部をゴムや板バネで構成される弾性構造体で支えることで空気膜の弾性とあわせて連成振動系を構成し、高速回転時の振れ回りを抑えることができる。しかし従来の弾性構造では温度変化や極めて強い衝撃・振動によって支持特性が変化し、極限環境で要求性能を満たすことが困難であると予想され，小型ターボ機械を必要としている航空宇宙機器での使用は困難である。そこで本研究では、温度変化や衝撃に強い弾性支持構造として飛越座屈現象を利用した弾性構造体に注目し、空気軸受用弾性支持として用いることを提案した。この弾性支持構造は湾曲した梁を重ね合わせた多層構造となっており、湾曲した梁は横荷重に対して飛越座屈現象が現れるようにパラメータを調整している。このような湾曲した梁の変位－負荷特性は、荷重増加時と減少時で経路が大きく異なるため減衰容量が大きく、多層化により優れた減衰能が期待できる。2021年度では、変位拡大機構を加えた場合の設計指針を明らかにした。飛越座屈を利用した弾性支持構造は小型化が困難であり、座屈時の変位が大きく、対応できる振動振幅に制限があった。そこで変位拡大機構を設けることで小型化を行うことなく座屈時の変位を小さくすることを考え、数値的・実験的に検討を行った。その結果、変位拡大機構を追加することで飛越座屈による変位を20％程度まで低減することができること、飛越座屈を減衰に利用するには飛越座屈部と変位拡大部の初期変位比h1/h2が0.618を満たさねばならないこと、h1/h2 が小さくなるほど飛越座屈による変位量は増加ことを明らかとした。現在これを元としたジャーナル軸受用支持構造の加工を行っており、完了次第回転実験を試みる予定である。
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