ロケットターボポンプのロータダイナミクスの半解析的流体振動連成解析技術の開発

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H02095
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 井上 剛志 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70273258)
• 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)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 振動解析・試験 / 推進・エンジン

研究実績の概要

下記の課題に関して実施した．
課題Ⅰ（ロケットターボポンプの曲げ振動挙動の本質的な流体振動連成解析の理論構築）については，ターボポンプの基本構成要素としてテーパシールの場合についても調べた．そのRD流体力の流体振動連成解析モデルを構築した．入口出口領域を考慮した非定常振れ回り状況下のCFD 解析を多数実施することに加えバルクフロー解析手法の構築も実施し，RD流体力解析部分の精度向上を進めた．また，重力の影響の有無が動的挙動に与える影響について調べ，流体振動連成解析における定性的な挙動の際を明らかにした．
課題Ⅱ（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，初年度で一応の目標を達成しており今年度も実施しなかった．
課題Ⅲ（各種ターボ要素の流体振動連成特性の実験的検証）については，インデューサにおける旋回キャビテーションから付着非対称キャビテーションへの遷移を調べるための連成解析コードの開発を進めた．とくに１次元流路モデルと，２次元翼間流れ解析モデル，そしてロータモデルの３理論モデル連成解析を行い，その結果を元に旋回キャビテーションから付着非対称キャビテーションへの遷移の考察と連成時の状態の更新の方法の検討を繰り返し実施し，定性的ながらそのメカニズムについて説明した．

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Investigation of Transition Phenomenon from Rotating Cavitation to Attached Asymmetric Cavitation by Coupled Analysis of One-Dimensional Flow Path Model of 3-Blade Inducer and Shaft Vibration System (2023)
  • 著者名/発表者名: Inoue Tsuyoshi、Ohama Hirohisa、Imaeda Yuki、Kawasaki Satoshi、Shimura Takashi、Shimagaki Mitsuru、Uchiumi Masaharu
  • 雑誌名: Journal of Vibration Engineering & Technologies 巻: - ページ: 17 pages
  • DOI: 10.1007/s42417-023-00911-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-Precision Trajectory Tracking Control of a Multifrequency Whirling Orbit Using Adaptive Feedforward Cancellation for the Efficient Experimental Estimation of Fluid Force (2022)
  • 著者名/発表者名: Ota Atsuhiro、Yabui Shota、Inoue Tsuyoshi、Heya Akira
  • 雑誌名: Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control 巻: 144 ページ: 7pages
  • DOI: 10.1115/1.4055590
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simplified Improvement of Higher Order Extended Bulk Flow Analysis Specialized for Derivation of Rotordynamic Coefficients of the Annular Plain Seal With Large Static Eccentricity (2022)
  • 著者名/発表者名: Inoue Tsuyoshi、Yamada Koya
  • 雑誌名: Journal of Computational and Nonlinear Dynamics 巻: 17 ページ: 12 pages
  • DOI: 10.1115/1.4054680
• [学会発表] ロケット用ターボポンプ状態監視のためのRD 係数変化時の振動特性解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 田中 智成，井上 剛志，部矢 明，川崎 聡
  • 学会等名: 日本機械学会東海支部72期講演会
• [学会発表] 偏流が流入する翼列に生じたキャビテーションの線形解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 堀口祐憲、井上剛志、大川楓
  • 学会等名: 日本機械学会 第100期流体工学部門講演会
• [学会発表] シール部における軸の傾きを考慮した隙間流れと軸振動の双方向連成解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 木村祥吾，井上剛志，田浦裕生，部矢明
  • 学会等名: 第87回 ターボ機械協会（京都）講演会
• [学会発表] インデューサの１次元流路モデルと流路ごとのポンプ動特性係数の連成解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大川 颯，井上 剛志，堀口 祐憲
  • 学会等名: Dynamics and Design Conference 2022