単独翼および翼列に生じるキャビテーション振動とキャビティ後流構造に関する研究

单个叶片和叶排空化振动及空腔尾流结构研究

• 批准号: 11750144
• 负责人: 渡邉 聡
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750144/
• 关键词: キャビテーション; 単独翼; 翼列; 自由流線理論; 特異点法; キャビティ後流; 減速翼列

本研究はロケット用ターボポンプや水中翼などの様々な流体機器で問題となるキャビテーション関連振動の基本特性と発生機構の解明を目的とするものである.本年度は,ターボ機械の単純なモデルである二次元減速翼列を対象とした非定常流体力に関する理論解析と,昨年度からの継続である単独翼周りのキャビテーション流れ場の計測を中心に研究を遂行した.まず,理論解析についてであるが,本年度は研究代表者がこれまでに開発した自由流線理論と特異点法を組み合わせた線形安定解析法を,キャビテーション発生下の二次元減速翼列翼に作用する非定常揚力および非定常負荷分布の解析に拡張し,主として旋回キャビテーション現象発生下の翼に作用する非定常流体力の解析を行った.旋回キャビテーションは実際にH-IIロケット開発時に問題となった経緯がある.本解析で得られた主要な結果を以下に示す.(1)揚力変動は基本的にキャビティ部の翼面圧力差による.(2)圧力変動の翼間位相差を考慮すれば,非定常流体力は準定常的におおむね予測可能である.(3)高次の旋回キャビテーション発生下の非定常流体力が比較的大きく,その発生に注意を要する.次に,実験についてであるが,まず供試翼上下流の翼端側壁面静圧の非定常計測および高速度ビデオカメラ映像の画像解析を通してNACA0015単独翼のキャビテーション特性を明らかにした.その上で,異なるキャビテーション状態における供試翼上下流の流れ場を一次元LDVで計測し,キャビティの大きさやその非定常性の流れ場への影響を調査した.その結果,特に翼迎え角が大きい場合に翼のWake(後流)がキャビティの存在により大規模となることが分かり,それに伴う揚抗比の劣化が推察された.当研究課題終了後も,引き続いてキャビティ周囲流れ場の計測をより詳細に行い,キャビティ後流の流れ場構造を解明して行きたいと考えている.

This paper studies the basic characteristics of vibration and the solution of vibration mechanism in fluid machines. This year, the research on the unsteady fluid dynamics of a two-dimensional decelerating wing array was carried out. This year, the representative of the research group has developed the theory of free flow line and the method of special points. The linear stability analysis method has been used to analyze the unsteady lift force cycle and unsteady load distribution caused by the wing action of the two-dimensional decelerating wing array. Turn around and start working on the H-II project. The main results of this analysis are shown below. (1)Lift force changes to basic wing pressure differences. (2)The unsteady fluid forces are predicted by considering the phase difference between the wing and the pressure variation. (3)The unsteady fluid forces under the development of high order cyclic motion are relatively large, and attention should be paid to their development. In addition, the unsteady measurement of static pressure on the tip sidewall surface of the test wing and the image analysis of the high velocity profile image were reported through NACA0015. To investigate the effects of unsteady flow field on the flow field above and below the test wing. As a result, especially when the wing angle is large, the wing Wake(afterflow) exists in large scale, and the impedance ratio deteriorates. When the research project is completed, the flow field structure of the flow field is analyzed in detail.

项目成果

Watanabe,S. et al.: "Theoretical Analysis of Cavitation Surge in Inducers by Linearized Free Streamline Theory"Proceedings of the 6^<th> International Conference on Fluid Machinery, Johor, Malaysia. 127-132 (2000)

渡边，S.

渡邉 聡・ほか3名: "特異点法によるインデューサのキャビテーションサージの解析"日本学術会議 キャビテーションに関するシンポジウム(第10回)講演論文集. 123-126 (1999)

Satoshi Watanabe 和其他 3 人：“使用奇点方法分析诱导器中的空化浪涌”第 10 届空化研讨会论文集，日本科学委员会 123-126 (1999)。

渡邉聡 ほか4名: "旋回キャビテーション発生下のインデューサ翼に作用する非定常流体力の解析"日本機械学会論文集(B編). 掲載決定. (2001)

Satoshi Watanabe 等 4 人：“旋转空化作用下诱导轮叶片上的不稳定流体力的分析”，日本机械工程学会会刊（B 版）出版决定。