ロケットエンジン用ターボポンプインデューサに生じるキャビテーション不安定の研究

火箭发动机涡轮泵诱导轮空化不稳定性研究

• 批准号: 03J03951
• 负责人: 藤井 明
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J03951/
• 关键词: インデューサ; ターボポンプ; キャビテーション; 旋回流; 不安定現象; ロケットエンジン; 翼応力変動

本研究の目的は,ロケットエンジン用のターボポンプインデューサに生じるキャビテーション不安定を抑制することである.昨年度の研究では,インデューサ入口からジェットを吹き込むことで流れを強制的に変化させる実験を行い,キャビテーション不安定の発生範囲を縮小させることができた.本年度は,この装置を改良することでさらに広範囲な条件で実験ができるようにした.その結果,ジェットを軸回転と同方向に総流量の約10%吹き込むことでキャビテーション不安定が効果的に抑制できることが分かった.さらにジェットを吹き込んだ場合の流れ場を調べた結果,ジェットによって生じる予旋回によって翼の入射角が減少してキャビティ長さが短くなり,これによってキャビテーション不安定が発生しにくくなったことが分かった.また,インデューサ入口ケーシングにJグルーブと呼ばれる浅い軸方向溝を設けることで,キャビテーション不安定を抑制する実験も行った.その結果,キャビテーション不安定の発生範囲を大きく減少させることができた.流れ場を調べた結果,この溝を設けた場合にはインデューサ翼端に生じるキャビティの形態が大きく変化し,入口圧力が低下してキャビティが伸張してもスロートを閉塞しにくくなっていた.この効果によって,キャビテーション不安定の発生範囲が大きく減少したことが分かった.これまでに報告されている単独翼の実験より,単独翼に生じるキャビティが自励振動することが明らかとなっている.インデューサのキャビテーション不安定現象についてさらなる理解を深めるためには,この自励振動についても詳細に調べる必要がある.そのための基礎的な研究として,形状の異なる7種類の単独翼を製作して実験を行った結果,翼の形状によってキャビティの変動の様子は異なるものの,その変動周波数や発生範囲には大きな違いが生じないことが分かった.

は の purpose, this study ロ ケ ッ ト エ ン ジ ン with の タ ー ボ ポ ン プ イ ン デ ュ ー サ に raw じ る キ ャ ビ テ ー シ ョ ン unrest を inhibit す る こ と で あ る. Yesterday's annual の research で は, イ ン デ ュ ー サ entrance か ら ジ ェ ッ ト を blow き 込 む こ と で flow れ を mandatory に variations change さ せ る be 験 を い, キ ャ ビ テ ー シ ョ ン unrest の 発 raw van 囲 を narrow さ せ る こ と が で き た. This year は こ の device を improved す る こ と で さ ら に hiroo van 囲 で な conditions be 験 が で き る よ う に し た. そ の results, ジ ェ ッ ト を shaft back to planning と same direction に 総 flow の about 10% blow き 込 む こ と で キ ャ ビ テ ー シ ョ ン unrest が unseen fruit に inhibiting で き る こ と が points か っ た. さ ら に ジ ェ ッ ト を blow き 込 ん だ れ の flow field を adjustable べ た results, ジ ェ ッ ト に よ っ て raw じ る to cycle に よ っ て wing incidence is の が reduce し て キ ャ ビ テ ィ long さ が short く な り, こ れ に よ っ て キ ャ ビ テ ー シ ョ ン unrest が 発 raw し に く く な っ た こ と が points か っ た. ま た, イ ン デ ュ ー サ entrance ケ ー シ ン グ に J グ ル ー ブ と shout ば れ る shallow ditch を い axis direction set け る こ と で, キ ャ ビ テ ー シ ョ ン unrest を inhibit す る be 験 も line っ た. そ の as a result, the キ ャ ビ テ ー シ ョ ン unrest の 発 born van 囲 を big き く reduce さ せ る こ と が で き た. を れ field adjustable べ た results, こ の ditch を set け た occasions に は イ ン デ ュ ー サ wing tip に raw じ る キ ャ ビ テ ィ が の form large き く - し, entrance pressure low が し て キ ャ ビ テ ィ が stretching し て も ス ロ ー ト を occlusion し に く く な っ て い た. こ の unseen fruit に よ っ て, キ ャ ビ テ ー シ ョ ン unrest の 発 born van 囲 が big き く reduce し た こ と が points か っ た. こ れ ま で に report さ れ て い る 単 wing の alone be 験 よ り, 単 born alone the wing に じ る キ ャ ビ テ ィ が self-excited vibration す る こ と が Ming ら か と な っ て い る. イ ン デ ュ ー サ の キ ャ ビ テ ー シ ョ ン instability phenomenon に つ い て さ ら な る understand を deep め る た め に は, こ の self-excited vibration に つ い て も detailed に adjustable べ る necessary が あ る. そ の た め な の foundation study と し て, shape の different な る 7 kinds の 単 wing を alone make し て be 験 を line っ た as a result, the wing shape の に よ っ て キ ャ ビ テ ィ の - move の others child は different な る も の の, そ の - dynamic cycle for や 発 born van 囲 に は big き な violations い が raw じ な い こ と が points か っ た.

项目成果

入口偏流がインデューサのキャビテーション不安定と翼応力変動におよぼす影響

入口漂移对诱导轮空化不稳定性和叶片应力波动的影响

• 发表时间: 2004
• 期刊: 日本機械学会論文集B編 第70巻692号
• 作者: 藤井 明 他;東 誠治 他
• 通讯作者: 東 誠治 他

Yury A.SEMENOV: "Rotating Choke in Cavitating Turbopump Inducer"Transactions of the ASME, Journal of Fluids Engineering. Vol.126,No.1. 87-93 (2004)

Yury A.SEMENOV：“空化涡轮泵导流器中的旋转扼流圈”ASME 汇刊，流体工程杂志。

藤井 明: "インデューサの翼端形状が非定常キャビテーションおよび逆流に与える影響"日本機械学会論文集B編. 70巻690号. 399-406 (2004)

Akira Fujii：“诱导轮叶片尖端形状对不稳定空化和回流的影响”，日本机械工程师学会会刊，B 版，第 70 卷，第 690 期。399-406（2004 年）。

藤井 明: "3枚羽根インデューサに生じる非対称キャビテーションの非定常挙動"日本機械学会論文集B編. 69巻682号. 1394-1400 (2003)

Akira Fujii：“三叶片诱导轮中发生的不对称空化的不稳定行为”，日本机械工程师协会会刊，B 版，第 69 卷，第 682 期。1394-1400 (2003)。

インデューサの入口ケーシング形状が非定常キャビテーションの発生に与える影響

导流轮进口壳体形状对非定常空化发生的影响

• 发表时间: 2004
• 期刊: 日本機械学会論文集B編 第70巻694号
• 作者: 藤井 明 他