2014 Fiscal Year Research-status Report
極低温ハイブリッド・ジャーナル軸受の流動特性に関する研究
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25420128
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| Research Institution | Ishinomaki Senshu University |
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Principal Investigator |
尾池 守 石巻専修大学, 理工学部, 教授 (70292282)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高田 仁志 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, その他部局等, 研究員 (30358569)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 流体工学 / 航空宇宙工学 / トライボロジー / 混相流 / 極低温流体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ロケット用極低温推進剤ターボポンプの長寿命化を図るため、広範囲の稼働領域で安定に作動する極低温ハイブリッド・ジャーナル軸受（HJB）の開発を目指す。
軸受円周方向に非対称なリセス形状を有するHJBの実験結果で確認された、軸受性能に及ぼすジャーナル回転方向の影響を解明するため、軸受すきま内流動状態を詳細に把握する必要がある。今年度は、HJBを模擬した透明プラスチック（ポリカーボネート）製フローティング・リング（CFR）を用いて、リングすきま内のリセスからの湧き出し流とジャーナルの回転によって誘起された回転流との干渉状態を観測する可視化流動試験を行った。具体的には、HJB試験で実績のある若葉マークリセスと正方形リセスを模擬した3種類のCFRを対象に、液体窒素を作動流体とした45,000 rpmまでの回転試験を行った。また比較のため、リセスの無い通常のフローティングリング・シールを模擬したCFRについても同様な試験を行った。
どのCFRにおいても高速回転域では、粘性摩擦発熱と圧力降下によりすきま内に気液二相流状態、すなわちキャビテーションクラウドが発生することが確認された。画像データから求めたキャビテーション領域占有率と計測データから求めた流量係数を主要な評価指数として、4種類のCFRを比較、検討した。その結果回転数をパラメータとして比較すると、リセスの有無と形状およびジャーナル回転方向により流動状態に有意な差が認められた。特に、キャビテーションクラウドの発生状態ではその差が顕著であり、圧力分布の相違が実験的に確認された。さらに、数値解析結果と比較することでより定量的な把握も進めている。
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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
HJBを模擬した透明プラスチック（ポリカーボネート）製フローティング・リング（CFR）を用いて、液体窒素を作動流体とした45,000 rpmまでの可視化流動試験を行った。その結果、CFRすきま内の流動状態に及ぼすリセス形状とジャーナル回転方向の影響を実験的に確認することができた。
したがって、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究結果を踏まえて、より適切なリセス形状を有する透明プラスチック（ポリカーボネート）製フローティング・リング（CFR）を試作し、その効果を実験的に検証する。
実験データに基づいて数式モデルを改良し、計算コードの高度化を図る。
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| Causes of Carryover |
適切なリセス形状を有する透明プラスチック（ポリカーボネート）製フローティング・リング（CFR）の物品費に使用する計画であったが、今年度に得られた実験結果および解析結果を十分に反映させたリセス形状を有するCFRの物品費に充てるため、次年度に繰り越した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
より適切なリセス形状を有する透明プラスチック（ポリカーボネート）製フローティング・リング（CFR）や実験に必要な消耗品等の物品費に使用する。
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