| 研究課題/領域番号 |
19H02095
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
井上 剛志 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70273258)
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| 研究分担者 |
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, 大学院基礎工学研究科, 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 東京都市大学, 理工学部, 准教授 (90800756)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2022年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2020年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2019年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
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| キーワード | 振動解析 / 流体振動連成解析 / ロータダイナミック流体力 / 振動解析・試験 / 推進・エンジン |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ロケットエンジンには過酷な供給性能要求が課せられる．それに付随してそのターボポンプには様々な流体力が作用して軸振動が発生し問題となる．現在開発中の新型基幹ロケットH3のメインエンジン設計でも，流体力と振動の連成問題に起因して多数の困難な課題が挙がっている．この課題に対し，本研究では「流体力の作用を考慮したロケット用ターボポンプの実稼働時の流体振動連成振動を評価し得る解析技術の開発」を目的とする．
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| 研究成果の概要 |
本課題では下記を実施した．（１）ロケットターボポンプの曲げ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，平行シールとテーパシールに着目し， CFDに基づく予旋回係数と入口出口損失係数を求め，それらを考慮した連成解析手法の開発を行った．（２）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，バランスピストン構造の弾性変形と流体の連成解析を行った．（３）RD流体力を調べるロータダイナミクス試験装置を開発した．適応制御系を実装し，0.2MPaで流体を流しつつ2000rpmで回転時にピエゾアクチュエータで多様な振れまわり軌道の追従制御とRD流体力の推定を達成した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本課題では，ロケットターボポンプの安全な運転を目指し，ポンプの流体力と軸振動をできるだけ解析的に表せる部分を解析的に考慮しつつ双方向で連成させて，時間領域でできるだけ低計算コストで解析するためのモデリングと解析手法を検討した．これらは平行環状シールとテーパシール，インデューサ，バランスピストンについて達成した．これらの成果は，将来的にはロケットターボポンプ全構造について流体力をフルで同時に考慮して軸振動を予測できる技術開発に繋がっていく．また，並行して，流体力を調べるロータダイナミクス試験装置を開発し，様々な振れまわり軌道を描く制御系の構築と，その際の流体力の推定，そしてモデル化も達成した．
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