| 研究課題/領域番号 |
17K06157
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
堀口 祐憲 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (60314837)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | インデューサ / キャビテーション / 動特性 / 単独翼 |
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| 研究実績の概要 |
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２９年度の研究では、インデューサに生じるキャビテーションの動特性の計測に取り組んだ。まず、機密性を高めたキャビテーションタンネルを整備し、ポンプ性能、吸込性能、およびキャビテーション不安定現象の発生範囲を確認した。また、非キャビテーション時の動特性の計測を行った結果、3000rpmという高回転数においても、連続の式を満足する動特性の計測が可能となったことがわかった。このように、計測システムの妥当性を確認した上で、キャビテーション数（吸込圧力の無次元数）が0.065と0.080の場合の設計流量時の動特性を調べた。それぞれの場合に対して、3、6、9Hzで加振した場合の動特性を計測し、これを明らかにした。また、キャビテーション数が0.080から、旋回キャビテーションが発生する直前の0.065に減少するに伴って、キャビテーションの不安定性が高まることが示唆された。
次年度は、周波数を1Hz刻みで変化させて、周波数の影響をより詳しく調べるとともに、90%、110％流量時の動特性の計測を行い、動特性に与える流量の影響も明らかにする予定である。また、キャビテーション不安定現象が発生しにくいケーシングを用いた場合の動特性の計測も行い、動特性とキャビテーション不安定現象の関係を明らかにする予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成２８年度までの研究で、単独翼に生じる翼面キャビテーションが、圧力変動や流量変動に対して、ほとんど位相遅れなく応答することがわかった。また、この研究の過程で、タンネルの気密性が問題となり得ることが明らかになった。そこで平成２９年度は、機密性を高めたキャビテーションタンネルを整備するとともに、主にインデューサの動特性の計測に取り組んだ。
動特性を計測する前に、インデューサのポンプ性能、吸込性能、およびキャビテーション不安定現象の発生範囲を調べ、これらの計測システムの妥当性を確認した。また、非キャビテーション時の動特性の計測を行い、3000rpmという高回転数でも、連続の式を満足する動特性の計測が可能であることを確認した。さらに、キャビテーション数（吸込圧力の無次元数）が0.065と0.080の場合の設計流量時の動特性等を明らかにした。
このように、信頼性の高い計測システムの構築が完了し、平成３０年度以降の研究の基盤を構築することができた。また、代表的な条件におけるインデューサの動特性を明らかにすることもできた。当初これらを、平成３０年度に実施する予定であったが、研究の効率に配慮して、平成２９年度に実施した。この予定の変更は研究目的に影響を及ぼすものでなく、また３年間の研究期間の中で、この１年間の研究内容は、質、量ともに適切なものであるので、本研究は順調に推移しているといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成３０年度の前半では、周波数を1Hz刻みで変化させて、動特性に与える周波数の影響をより詳しく調べるとともに、90%、110％流量時の実験を行い、動特性に与える流量の影響も明らかにする予定である。また、平成３０年度の後半では、キャビテーション不安定現象が発生しにくいケーシングを用いた場合の動特性の計測を行い、動特性とキャビテーション不安定現象の関係を明らかにする。さらに、これらと並行して、単独翼に生じる翼端渦キャビテーションの動特性の計測に備えて、これらの実験装置の設計、製作を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究の効率に配慮して、平成３０年度に実施する予定であった研究を平成２９年度に実施したために、次年度使用額が発生した。平成３０年度には、平成２９年度に実施する予定であった、単独翼に生じる翼端渦キャビテーションの動特性の計測の準備等を推進し、次年度使用額を用いて実験装置の製作を行う。
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