2014 Fiscal Year Research-status Report
単独翼とターボポンプインデューサに生じるキャビテーションの動特性に関する研究
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26420112
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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) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 平板翼 / キャビテーション / 動特性 |
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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、すなわち動特性がそ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）の実現のために必要とされている。
平成２６年度の研究では、基本的なキャビテーションの動特性を明らかにすることを目的として、単独翼（平板翼）に生じる翼面キャビテーションの動特性の計測と数値シミュレーションに取り組んだ。キャビテーションの動特性は、吸込圧力変化に対するキャビティ体積の変化率であるキャビテーションコンプライアンスKと、流量変化に対するキャビティ体積の変化率であるマスフローゲインファクタMでモデル化される。実験の結果、Kの大きさは、加振周波数、およびキャビテーション数の増加に伴って減少し、Kの位相は、加振周波数とキャビテーション数によらず、ほとんど遅れないことがわかった。また、Mの大きさは、加振周波数の増加に伴ってわずかに減少し、キャビテーション数の増加に伴って減少することがわかった。Mの位相は、加振周波数とキャビテーション数の増加に伴って進むことが明らかになった。以上のように、本研究により、翼面キャビテーションの動特性が実験で初めて明らかになった。
また、数値シミュレーションでは、キャビテーションの動特性を予測できる部分とできない部分があることが明らかになった。予測精度の改善には、より適切なキャビテーションモデルが必要な可能性があることが示唆された。
今後は実際のターボポンプインデューサで主に観察される翼端もれ渦キャビテーションの動特性を明らかにし、ロケットエンジンの安定性解析に、より実践的に役立つ情報を提供する予定である。
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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
平板翼に生じるキャビテーションの動特性を、研究計画通りに実験と計算で明らかにした。
平板翼のキャビテーションの動特性の計測が可能であれば、引き続いてNACA0015翼などの他の翼型に対する動特性の計測を行う予定にしていた。平板翼に関する動特性の計測が可能であったため、NACA0015翼などの他の翼型に対する動特性の計測を実施する予定である。計測技術等を本年度の研究で確立したので、他の翼型に対する動特性の計測は比較的短期間で完了する予定である。
以上のような背景から、本研究はおおむね順調に進展しているものと評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度には、平板翼に生じるキャビテーションの動特性の計測を行った。平成27年度には、培った計測技術を利用して、NACA0015翼とClarkY翼（いずれも2次元の単独翼）に生じるキャビテーションの動特性を明らかにする予定である。
近年、これらの翼に生じるキャビテーションが再度注目され、実験と数値計算でその性質が精緻に再調査され始めている。しかしながら、計測の困難さなどから、動特性の計測に取り組む研究はなく、単独翼に生じるキャビテーションの動特性は未だに実験的には明確でない。このため、本研究で計測したデータは、たいへん貴重なものとなる。
また、ロケット用ターボポンプインデューサでは、翼端漏れ渦キャビテーションが顕著に発生する。そこで、平板翼に生じる翼端漏れ渦キャビテーションの動特性も明らかにする予定である。
さらに、インデューサの動特性の計測を開始し、キャビテーション不安定現象と動特性の関係や、動特性と流れ場の関係の解明にも取り組む予定である。
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| Causes of Carryover |
現有の実験装置の補修を行う必要が生じたため、３０万円の前倒し請求を2014年11月に行った。補修の費用が想定よりも若干安く済んだため、次年度に持ち越すことが可能となった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今回生じた次年度使用額は、もともと次年度（平成２７年度）に使用する予定のものである。このため、研究計画通り、次年度使用額を次年度（平成２７年度）に物品費として使用する予定である。
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