Visual Observation of Cavitating Inducer in Cryogenic Flow

Abstract

*2 航空宇宙技術振興財団 (Foundation for Promotion of Japan Aerospace Technology) *3 ダイナックス（株）(Dynax Incorporated) 1. 緒言 ロケット用ターボポンプインデューサには種々のキャ ビテーションが発生する。このキャビテーション現象の 解明には，これまで水キャビテーションタンネルを用い た可視化観察が一般的な手法として国内外に於いて広く 行われてきた。 一 方， 米 国 で は NASA の Lewis Research Center が 1967 年に初めて液体水素中のインデューサキャビテーシ ョンの可視化に成功したことを報告 （1） をしているが，そ の後に極低温流体を用いたインデューサの可視化観察の 報告は見られない。 日本では 1970 年代後半から，インデューサに発生する 極低温キャビテーションの直接可視化を試みてきたが， 幾度となく失敗し長年に渡り「直接観察する」ことはで きなかった。 JAXA では「直接見る」ことをテーマに，2007 年から 透視管材料及びシールの選定，可視化装置の設計手法の 確立を目指し極低温下での基礎的な実証試験 （2） ， （3） を重 ねてきた。その結果，2009 年には液体窒素を作動流体と して，インデューサに発生する極低温キャビテーション の直接可視化観察を行い，水キャビテーションとの比較 において熱力学的効果の検証を行った。 また，将来の再使用型エンジンの研究では，液酸ター ボポンプで Q/Qd=0.5 程度までの出力調整が提案されてい るが，これまでは低流量域の試験はあまり行われてはい ない。 そのため，2010 年にはインデューサケーシングを実機 相当の形状として，インデューサに発生する低流量キャ ビテーションの高速度撮影を行い，可視化の見地から現 象の解明を行った。 ２．記号 N = インデューサ回転数（rpm） σ = キャビテーション係数 σ 0 = キャビテーション係数基準値 Q = 流量（l/s） Qd = 設計流量（l/s） Ψ = 揚程係数 Ψ n = 揚程係数基準値