ロケットエンジン用ターボポンプのロータダイナミクス

摘要

軸系の振動問題は，ロータ系を構成するシャフト，インペラ，インデューサ，タービン，軸シールと，軸系を支持する軸受の特性が複雑に影響し合って生じている。危険速度や振動モードなどの軸振動特性を把握するためには，材料·強度·構造のほかに，流体物性（密度や圧縮性など）や潤滑特性，さらには軸系とケーシングの隙間など製造·組立技術までも考慮する必要がある。また，ロケットでは構造重量の低減が打上げ能力に直結することから，ターボポンプを含むロケットエンジンにも厳しい軽量化が要求される。ターボポンプの軽量化は軸系の高速回転によって達成されるため，残留不つりあいによる強制振動や危険速度通過時の共振はもちろんのこと，インペラや軸シールなどに発生する動的流体励振力，いわゆるロータダイナミック流体力による自励振動にも悩まされてきた。本稿では，筆者がロケットエンジン開発において経験した軸振動と流体励振力について述べることとする。