2018 Fiscal Year Final Research Report

Development of rotor dynamics analysis coupled with unsteady fluid force for rocket engine design

Research Project

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Project/Area Number	26289055
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Partial Multi-year Fund
Section	一般
Research Field	Dynamics/Control
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	Inoue Tsuyoshi 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70273258)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	安達和彦中部大学, 工学部, 教授 (30243322) 神谷恵輔愛知工業大学, 工学部, 教授 (50242821) 高木賢太郎名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (60392007) 内海政春室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 教授 (60727634) 安藝雅彦名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60560480)
Project Period (FY)	2014-04-01 – 2019-03-31
Keywords	振動解析・試験 / 推進・エンジン / ターボポンプ / ロータダイナミック流体力 / 軸振動 / 連成解析
Outline of Final Research Achievements	In this task, we achieved the following. (1) For the RD fluid force of plain annular seals, a nonlinear bulk flow analysis method was developed for the first time for the case there is a large static eccentricity. High-speed low-cost analysis of RD coefficients was achieved for the range of static eccentricity up to 70% of the clearance. (2) A coupled analysis of RD fluid force of plain annular seal and rotor vibration was constructed, and its validity was confirmed experimentally. (3) The rotational speed dependency of RD fluid force of impeller was clarified, and a consideration on the mechanism of non-synchronized vibration components in the ground combustion test of LE-7A,which was not explained conventionally, was derived. (3) We developed a test system of RD fluid force using magnetic bearings, and achieved an elliptical orbit with a size of about 100 μm with an accuracy of 1 μm.
Free Research Field	機械力学・制御
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本課題では，流体力と軸振動を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手法を検討した．研究期間内では，まずはもっとも単純な平行環状シールの場合について達成した．このような考え方をほかのターボ要素にも拡張していけば，将来的には流体力をフルで考慮して回転機械の軸振動を予測できることが容易になる．また，並行して，流体力の効果のみを軸振動の解析に簡便に考慮するための流体力のモデル化についても調べ，その流体力モデルの適用範囲をできるだけ広げることも達成した．また，これらの得られた理論解析結果を実験的にも検証してその妥当性を確認し，本研究成果の信頼性が高いことも示した．