インデューサの旋回キャビテーションの抑止機構に関する研究

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09555060
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 上篠 謙二郎 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (90282003)
• 研究分担者: 長島 利夫 東京大学, 工学系研究科, 教授 (70114593) ; 山田 仁 航空宇宙技術研究所, ロケット推進研究部・流体機器研究室, 室長 ; 石本 淳 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (10282005) ; 尾池 守 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (70292282)
• キーワード: ターボポンプ / インデューサ / キャビテーション / 旋回キャビテーション / 極低温 / 二相流 / キャビテーションサージ / 抑止

研究概要

LE-7液体酸素ポンプインデューサに発生した旋回キャビテーションはインデューサ入口部上流側のケーシング内径をインデューサチップすきま程度広げることによりほぼ完全に抑止された。前年度はLE-7液体酸素ポンプインデューサと相似なインデューサを用いて実験を行い、旋回キャビテーションを抑止したケーシングを用いた場合、旋回キャビテーションの発生領域は設計流量よりも高流量域に移動することを明らかにした。またキャビテーション気泡を含む極低温2相流体に関する流れの定式化を行い、インデューサへの適用の可能性を検討した。
本年度は大型インデューサと透明なケーシングを用い、高速ビデオ観察に加えて新たに粒子像解析法(PIV)を用いた実験を行いインデューサ入口チップ付近のインデューサ上流側への逆流に伴うキャビテーション発生状況を調べた。その結果、前記入口内径を若干広げたケーシングについては、むしろ入口チップ付近の逆流が増加し、キャビテーションを増している可能性が確認された。旋回キャビテーションの抑止は特にキャビテーションコンプライアンスの増加によるものと判断された。
またLE-7液体酸素ターボポンプで旋回キャビテーションとほぼ同じ条件で発生し、旋回キャビテーション抑止に成功した方法でその発生を抑止できたキャビテーションサージについて、特に旋回キャビテーションとの類似性を明確にした。LE-7液体酸素ポンプインデューサの旋回キャビテーション抑止策を旋回キャビテーションを発生したLE-7液体水素ポンプインデューサに適用してその一般性を確認した。 さらにキャビテーション気泡を含む極低温2相流体に関する解析はインデューサ内の流れに適用でき、非足常現象への適用の見直しを得た。

研究成果

• [文献書誌] Mitsuo Watanabe: "Rotor Vibrations of Turbopump Due to Cavitating Flows in Inducer" Proceeding of FEDSM99(1999 ASME/JSME Fluid Engineering Summer Meeting,July 18-23,1999,San Francisco). (1999)
• [文献書誌] Yoshinobu Tsujimoto: "Unified Treatment of Flow Instability of Turbomachines" 35th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference,Los Angels,June 20-24,1999. (1999)
• [文献書誌] I.Sinan Akmador: "Crygenic Homogeneous Two-Phase Flows in Choked Laval Nozzles" AIAA Paper 98-0889,36th Aerospace Sciences Meeting & Exhibit,January 12-15,1999,Reno. (1999)
• [文献書誌] I.Sinan Akmador: "Shock Jump and Mass Flux Calculations Through Cryogenic Two-Phase Flow Nozzle" AIAA Paper 98-0347,36th Aerospace Sciences Meeting & Exhibit,January 12-15,1999,Reno. (1999)
• [文献書誌] 上篠 謙二郎: "ロケットエンジンターボポンプ開発にかかわるローターダイナミックス" 日本機械学会論文集(C編). 64・622. 2810-2815 (1999)
• [文献書誌] 吉田 誠: "インデューサーのキャビティングフローと軸振動" 日本機械学会第76期全国大会講演会講演論文集 Vol.3. 207-208 (1998)
• [文献書誌] Hitoshi Yamada: "Suppression of Non-Synchronous Vibrations in the LE-7 Liquid Hydrogen Turbopump" Proceeding of the 7th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery,Vol.C,February 22-26,1998,Honolulu. 1168-1177 (1998)