2020 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) |
安達 和彦 中部大学, 工学部, 教授 (30243322)
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, 研究領域主幹 (30839105)
神谷 恵輔 愛知工業大学, 工学部, 教授 (50242821)
堀口 祐憲 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (60314837)
高木 賢太郎 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60392007)
内海 政春 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 教授 (60727634)
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続けてシールに着目し，そのRD流体力の流体振動連成解析モデルを構築した．入口出口領域を考慮した非定常振れ回り状況下のCFD 解析を多数実施し，RD流体力解析部分の精度向上を進めた．とくにCFDに基づく予旋回係数と入口出口損失係数を求め，それらを考慮した流体解析部分を用いた連成解析手法の開発を行った．
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，前年度で一応の目標を達成しており今年度は実施しなかった．
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，昨年度と同じ内容を回転速度を低速から増速しつつ実施した．回転速度変化とともに軌道追従制御誤差が増減することについて新たにフィルタを設計してその低減を達成した．
課題Ⅲ-２：インデューサにおける旋回キャビテーションから付着非対称キャビテーションへの遷移を調べるための装置を作成し，3Dプリンタを用いた樹脂製のインデューサを10個以上作成して実験を繰り返した．まだ旋回キャビテーションの観察には至っていないが，付着非対称キャビテーションの観察は達成した．
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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：
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，来年度からいよいよ，「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．軸方向振動についても解析を達成した．
実験について：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作成も完了した．また，インデューサにおける旋回キャビテーションの実験装置も試行版が完成し，無事順調に実験を実施できた．これを基に来年度は細部を煮詰めた正式版を作成し実験を行う．
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| Strategy for Future Research Activity |
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：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I-３：インデューサにおける旋回キャビテーションから付着非対称キャビテーションへの遷移解析：シール以外の対象として，インデューサの解析にも着手する．こちらは1D-CAEモデルと2次元翼列モデルの連成解析を実施し，翼間流れについては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，さらに大振幅，大静的偏心下の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．
課題Ⅲ-３：インデューサにおける旋回キャビテーションから付着非対称キャビテーションへの遷移の実験装置：2020年度に実施した試行版による実験結果を基に，細部を煮詰めた正式版を作成し，旋回キャビテーションから付着非対称キャビテーションへの遷移実験を行う．
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Research Products
(3 results)
