2019 Fiscal Year Annual Research Report
ロケットターボポンプのロータダイナミクスの半解析的流体振動連成解析技術の開発
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19H02095
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
井上 剛志 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70273258)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内海 政春 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 教授 (60727634)
堀口 祐憲 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (60314837)
川崎 聡 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 (30839105)
安達 和彦 中部大学, 工学部, 教授 (30243322)
神谷 恵輔 愛知工業大学, 工学部, 教授 (50242821)
高木 賢太郎 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (60392007)
藪井 将太 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (90800756)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 振動解析・試験 / 推進・エンジン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
下記の課題に関して実施した．
課題Ⅰ（ロケットターボポンプの曲げ振動挙動の本質的な流体振動連成解析の理論構築）については，ターボポンプの基本構成要素としてまずはシールに着目し，そのRD流体力の流体振動連成解析モデルを構築した．とくに傾きと並進の両自由度を考慮した連成解析手法の開発を行った．また，振れまわりを与えた時のRD係数の導出も実施し，従来成果と比較できる範囲で良好な結果を得た．
課題Ⅱ（ロケットターボポンプの軸方向振動の本質的な流体振動連成解析の理論構築）については，ターボポンプの軸方向振動に関する基本構成要素であるバランスピストン部分の構造の弾性変形と流体の連成解析を行い，実機で問題が報告されている事象の説明に有効な結果を得た．
課題Ⅲ（各種ターボ要素の流体振動連成特性の実験的検証）については下記の２項目を実施した．
課題Ⅲ-１：RD流体力を調べるロータダイナミクス試験装置の開発をさらに進めた．適応制御を組み込んだ制御系の工夫を行い，装置に0.2MPa程度の流体を流し込みつつ2000rpm程度で自転回転時にピエゾアクチュエータで振れまわり軌道制御（振れまわり半径数十μm）を行い，RD流体力の測定を達成した．軌道追従制御誤差は数μm程度を達成した．
課題Ⅲ-２：併せて連成解析の妥当性を検証するための実験を実施し，課題Ⅰの実験結果との比較を試みた．しかし，こちらについては実験装置の調整が不調で理論モデルと同様の設定状況を実現できず，次年度に装置自体を大幅に改良することとした．
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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
解析については，課題の中心である「周方向の周期性に着目した半解析的流体振動連成手法」に取り組むためのロータ系およびRD流体力の解析技術の準備はおおむね完了した．また，軸方向振動についても解析を達成した．
実験については，RD流体力の推定のための装置準備と制御手法および流体力特性の推定手法の構築を完了できた．連成解析結果の検証用の実験装置のみ，当初の予定通りの実験を行うには至らなかったが，次年度に修正すべき改良点の洗い出しを行い，年度前半には装置の改良と実験を再開予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
下記の課題に関して実施する計画である．
課題Ⅰ-１：RD流体力の周方向の周期性に着目した半解析的2次元CFD解析とCFDソフトウェアによる評価：平行環状シールのRD流体力の半解析的2次元CFD解析手法の開発に着手する．その結果の妥当性は，課題Ⅲの実験とCFDソフトウェアを用いた解析により検証する．
課題Ⅰ-２：2次元CFDを用いたインペラのRD流体力の特性解析：シール以外の対象として，インペラの解析にも着手する．こちらもCFDソフトウェアを用いた解析により検証する．
課題Ⅲ-１：ロータダイナミクス試験装置（名大）を用いた実証実験の精度改善：平行環状シールについての実験を継続し，軌道追従精度を1μm以下で実現し，さらに高精度なRD流体力の推定を行う．
課題Ⅲ-２：連成振動試験装置（名大）を用いた実証実験：平行環状シールを取り付け，流体要素近傍の変位（変位センサ）を計測して課題Ⅰの流体振動連成解析の実証実験を行う．
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