宇宙往環機用極低温静圧ジャーナル軸受の開発

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ターボポンプ軸受は液体燃料ロケットエンジンにとってきわめて重要な部品であり,性能・寿命・信頼性の限りない向上の追求が肝要である.従来使用されているボール軸受を,潤滑性と耐久性,経済性に優れ,小形・軽量で構造が簡単な静圧ジャーナル軸受に置換する研究・開発が進められているが,その特性はいまだ明らかにされていない.本研究は多数のリセスが2列千鳥状に配置された静圧ジャーナル軸受を解析対象としている.ロケットエンジン起動・停止時において軸受差圧は大きく変化する.このときの軸受特性を数値解析により明らかにしようとするものである.平成10年度において得られた結果の主たるものは次のようである.実機のターボポンプ特性に基づき,ロケットエンジン起動時のジャーナル回転数の増大に伴い液体水素の供給圧が上昇し,軸受差圧が変化する場合を想定した.リセスが1列に配置された軸受と,リセス面積比がその15%であるリセスが2列千鳥状に配置された軸受の動特性を求めた.弾性係数の主方向成分はほぼ一致しているが,流出量は1列リセス軸受が30%大きいことがわかった.さらに,この動特性をもとに,不釣合量を1.0gcmとし,複素固有値解析により不釣合応答計算を行った.2列リセス軸受の場合,動圧効果に起因すると考えられる不安定性のために,剛体1次モードの減衰比がわずかに負となる.しかしながら,剛体2次モードの減衰比は約0.1であり,1列リセス軸受とほぼ一致する.また,剛体1次,2次モードでの両軸受の固有振動数はほぼ一致しており,ジャーナル回転数より低いことを明らかにした.