ロケットインデューサ
宇宙輸送を支えるロケットの心臓
人工衛星を宇宙に輸送するロケットのパワーは、ロケットエンジンによって生み出されます。
ターボポンプは、エンジンに推進剤を送り込む「心臓」の役割を担う装置です。
キャビテーションによる不安定振動
ターボポンプの最上流部には、流体を吸い込みやすくする「インデューサ」が取り付けられています。
高速回転するインデューサは、キャビテーションによる不安定振動が課題となっています。
下記の動画から、キャビテーションが発生する様子を確認できます。
⇒ 振動問題などの不具合に敏感
・羽根の周りで急減圧による「キャビテーション」が発生
⇒ キャビテーションによる不安定振動の発生
【ポイント】キャビテーション不安定がなぜ・どのように発生し、どうすれば抑制できるのか解明
トピック①キャビテーション不安定現象の発生メカニズムの解明
手法①高速フーリエ変換（FFT）
回転超同期旋回キャビテーション(R.C.)：
軸回転数Ωの1.2倍で気泡が羽根の周りを伝播．羽根の疲労破壊を引き起こす．
回転同期旋回キャビテーション(A.C.)：
軸回転数と同期(1.0Ω)で気泡が旋回．流体的なマスアンバランスにより回転軸の振動が増大．
回転亜同期旋回キャビテーション(Sub-S R.C.)：
軸の回転よりも遅れて(0.8Ω)気泡が旋回．軸振動を引き起こす．
キャビテーションサージ(C.S.)：
流体の流れ方向に気泡が伸縮．流量変動をともないロケットの推力変動にもつながる．
キャビテーションの様相が時系列で変化
羽根近傍の圧力振動を分析
高速フーリエ変換(FFT)
手法②可視化アクリルと高速度カメラによる観察
・羽根に対する気泡の発生位置，発生長さの分析
・チップクリアランス(羽根先端と壁面の隙間)の気泡流動を観察
・回転軸の振動と気泡の発生の様子を分析
通常カメラ
高速度カメラ
入口段差形状による不安定振動の抑制効果
ストレート形状
抑制効果なし
入口段差形状
抑制効果あり
【重要】本研究で提案する「入口段差形状」は、キャビテーションによる不安定振動を抑制する可能性を有する。