タービン諸特性(回転部重量,翼応力,動翼共振回避,Thomas Force)を考慮したロケットターボポンプ用タービンの多目的最適化

瀧田純也; 福田太郎; 宇山遼一; 船崎健一; 内海政春

文献

J-GLOBAL ID：201302268267647540 整理番号：13A0512106

タービン諸特性(回転部重量,翼応力,動翼共振回避,Thomas Force)を考慮したロケットターボポンプ用タービンの多目的最適化

Multi-Objective Optimization of a Rocket Turbopump Turbine Considering the Turbine Characteristics (i.e., Rotor Weight, Blade Stress, Avoidance of Blade Resonance and Thomas Force)

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資料名：
号： 12-007 ページ： 14P 発行年： 2013年01月31日
JST資料番号： G0517B ISSN： 1349-1121 資料種別：逐次刊行物 (A)
記事区分：原著論文発行国：日本 (JPN) 言語：日本語 (JA)

トーマスフォースは軸の触れ回り振動で生じるタービン動翼先端からの漏洩量の周方向不均一で生じるトルクアンバランス力である。LE-7原型エンジン用液体水素ターボポンプのタービンを対象に,トーマスフォースの低減に加えて,タービン重量及びタービン翼応力の低減を目的とした多目的最適化を行った。パラメータ設計によりトーマスフォースの低減に寄与の大きい設計パラメータが明らかになった。また多目的遺伝的アルゴリズム(MOGA)最適化により現行翼と同等の軸出力をもちながら,トーマスフォースが30%,タービン重量が10%低減する最適翼を得た。最適翼は定格回転数(46300rpm)で動翼固有値(2次曲げモード)との共振を回避することができた。自己組織化マップによるデータ整理で目的関数と設計変数間の関係が明らかになった。タービン重量,トーマスフォース,翼応力の各目的関数はいずれもトレードオフの関係を示し,これらすべての目的関数を最小化する最適翼は得られないことが分かった。

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ロケットエンジン

引用文献 (11件)：

(1) Thomas, H. J., Instable Eigenschwingungen von Turbinenlaufern, Angefaucht durch die Spaltstromungen Stopfbuschsen un Beschaufelungen, AEG-Sonderdruck, (1958), pp.1039-1063.
(2) Motoi, H. et al., Sub-Synchronous Whirl in the LE-7A Rocket Engine Fuel Turbopump, Second International Symposium on Stability Control of Rotating Machinery (ISCORMA-2), 4-8 August 2003
(3) 瀧田・他3名, ロバスト設計手法によるターボポンプ用タービンの Thomas Force 低減, ターボ機械協会誌, Vol.40,No.6, 2012,pp. 350-358.
(4) Craig, H. R. M., Cox, H. J. A, Performance Estimation of Axial Flow Turbines, Proc. I. Mech. E., Vol. 185 32/71, (1970-71), pp.407-424.
(5) Obayashi, S., et al., Multi-Objective Design Exploration for Aerodynamic Configurations, 35th AIAA Fluid Dynamics Conference and Exhibit, (2005), AIAA 2005-4666

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