ターボポンプ形態設計における軸振動抑制を目指した有力形態の選定方法

摘要

ロケット用ターボポンプ（以下，TPと略す．）は推進剤を燃焼室に高圧にして送り込む高速回転機械であり，高エネルギ密度化の要求に伴い開発段階において様々な軸振動問題が発生してきた．TPの軸振動問題は軸系固有値との共振などの構造系に起因する振動だけでなく，羽根車や軸シールなどの回転部と静止部との狭間に生じるロータダイナミック流体力による不安定振動もあり，後者は概念設計段階において詳細に検討することが難しく，TP開発における大きな後戻り要因となってきた．これらの克服のためには概念設計段階で軸振動に関する検討評価を実施するフロントローディング的な設計が必要となる．著者らはダイナミック設計を適用したTP形態設計手法を提案し，ロータ系の線形振動モデルにより軸振動解析を実施し，最適形態の探索を進めてきた．本研究では，TP形態設計手法の軸振動解析結果から有力形態を選定する設計プロセスを対象とした．有力形態の選定は，各TP形態に対して開発構想に基づく評価と軸振動解析に基づく技術評価を分けて実施し，それらを総合的に評価して実施した．本報告では，具体的な試行例を示しながら，有力形態選定方法について説明する．