小形衛星を地球低軌道に投入する為の液体2段式ロケットの設計を行っています。
次図は2段式小型衛星用液体ロケットの1段目の3次元計画設計となります。
このロケットの1段目ロケットエンジンは次図のように4連クラスター型ロケットエンジンで推力24トンです。
4つのターボポンプ付き液体ロケットエンジンをなるべく接近した配置計画を行い、1段目ロケットの外径は1.4mとなっています。
この後は、2段目ロケットの設計に入ります。
＜今日の流れ＞
今日は一日をロケット設計に集中します。
ロケットエンジンの設計をしていたら、結局、ロケット１段目推力２４トン部の設計を進めている事となった。
昨日までのＬＯＸタンク容量は間違っていて、次図のように変更しました。今度は容量多過ぎるか？う～ん・・・
次はＬＯＸタンクと燃料タンクの間の繋ぎ部を設計します。
次図は燃料タンクと繋ぎ部を計画するスケッチとなり、繋ぎ部軸方向長さは５４０ｍｍで１段目ロケット部全長は11.3ｍとなった。
ロケット1段目のタンク間つなぎ部が次図のように出来ました。
燃料タンク設計が出来ました。
次は燃料タンクからロケットエンジンターボポンプの燃料入口までの燃料配管の設計です。
＜今日の流れ＞
今日はロケット設計をメインの作業として仕事をしています。
しばらくSolidWorksを使っての機械全体一式設計をしていなかったので今回のロケット設計は時間がかかっていますが、SolidWorksによる３次元設計のリハビリ的な効果は有りました。
ただ午後になると疲れてきて3次元設計操作の効率ががた落ちです。
夕方4時にはだめな状態となります。
4連クラスターロケットエンジン設計の続きで、4連ロケットエンジン共通架台の設計を進めています。
次はＬＯＸタンクを計画します。
ストリンガとフランジ口を追加。
次はＬＯＸタンクからターボポンプ液体酸素入口までの配管を設計します。
＜今日の流れ＞
今日から会社業務が開始されています。
静かな盆明けとなっています。
今日も夜までロケットエンジン設計で頑張れたのでOK！
４連クラスター総推力24トンのロケットエンジン設計過程です。
昨日までに設計した6トン推力ロケットエンジンを次図のように4台配置した総推力24トンのクラスターロケットエンジンの設計過程を記録します。
4台のロケットエンジンを干渉しない配置としてみたところ、全体クラスターは直径1.4m内にうまく配置出来ることが分かり次のような密度の高い4連クラスターロケットエンジンとなっています。
次は４連ロケットエンジン共通架台の設計です。
＜今日の流れ＞
今日は４連ロケットエンジン設計の一日でした。
＜今後の4連ロケットエンジン設計の設計変更点＞
１．ターボポンプをエンジン共通架台に固定してエンジンノズル偏向操作へのサーボモーター負担を減らす。
２．ターボポンプの配管への吐出口・流入口の方向を変更して配管取り回しを最適化。
３．ノズルジンバル操作による配管ねじれ用のフレキシブルパイプ部の最適位置への追加
４．ターボポンプ内部流体部形状の最適化。
５．ターボポンプ内部回転部構造の最適化。
６．噴射ノズル内部流体構造である噴射インジェクタ部と再生冷却部の詳細設計。
７．ロケットエンジン上部のLOXタンクと燃料タンクの設計。
ターボポンプ配管系が完成したロケットエンジン設計です。
燃料ポンプ吐出配管の取り回しが不適であり、やり直します。渦巻ケーシング出口向きが悪い。
液体酸素ポンプ吐出配管の取り回しがもうひとつです。LOXバルブがう～ん？
ガスジェネレーターとスターターガスジェネレーターの配置が良くないのでやりなおしです。
他にも修正箇所は多数です。
＜今日の流れ＞
今日は上記の6トン推力ロケットエンジンを4台使う構想を造ります。
ロケットエンジン設計がジンバル機構部とターボポンプ支え部を中心に進みました。
ジンバル機構部のサーボモーターは良い具合に組付けられました。
ターボポンプはノズルヘッドと燃焼室に固定されてジンバル機構でノズルと一緒に動きます。
＜今日の流れ＞
今日の後半は、上記ロケットエンジンのターボポンプの配管部分を中心に設計を進めます。
ロケットエンジンの設計途中です。
液体ロケットエンジンです。
1軸式縦軸ターボポンプが付いています。
＜今日の流れ＞
上記のロケットエンジン設計を進めます。
新卒入社４ヶ月女性エンジニアが行ったロケットエンジン用軸流２段タービンの流体解析結果図です。
次はガスの流れを速度色分布と速度ベクトル表示でみた解析結果図です。
タービン動翼間の流れは相対速度表示となっています。
軸流２段タービンの直径は６０ｍｍ程度しかなく、小型ですが回転数毎分２万回転で軸出力８５ＫＷほど出ており小型高出力タービンとなっています。
タービンへ流入するガスは二酸化炭素であり、圧力4MPaG、温度は５００℃となります。
タービン段での流れ状態を見ると、一段のノズル翼型が不適であり、より超音速広がりノズルとする必要が有るようです。
さらに２段目タービン動翼からの出口にある整流羽根の形状が抵抗のある四角い形となっていて数も多すぎることで流出抵抗が大きすぎるようです。
次図はタービン内ガス流れの流線図ですが、気になる点はガス入り口付近ではタービン１断面ノズルに流れが急に方向転換することが難しいようで、入口円筒ケーシングからのタービンノズルへの流れ込みが不均一となっています。
よってタービン入口円筒ケーシングへのガス流入口は円筒部への接線流れ込みとなるほうが適切です。
＜今日の流れ＞
午前中はお問い合わせにたいする資料作成が中心です。
午後からは来客での打合せがあります。
１軸ターボポンプの流体要素の並びを検討中の画像です。
縦型ターボポンプの上からLOXポンプ+順向きFuelポンプ+Turbine という並びを検討している途中の状態です。
液体酸素ポンプ軸シール部分がまだ大まかなシール部品構成検討ですが、それの軸方向長さが長いことが気になります。
燃料ターボポンプは液体酸素ポンプインペラと並びが同じ方向で斜流インデューサーポンプ＋遠心ポンプとしたこともあり、ポンプへの燃料入口から渦巻きケーシング出口にかけての軸方向長さが長い状態です。
この縦軸ターボポンプの流体要素並びでは主軸全長が長く、しかも細くなるので弾性軸としての設計がおそらく必要となり、液体酸素インデューサーなどの低回転での共振による羽根の振動接触の可能性による事故を考えると、この流体要素並びは設計上難しい点が多いと推測します。
よって次の１軸ターボポンプ流体要素並び構成検討では、液体酸素インペラと燃料インペラの背面組み合わせ構造を考え、同時にタービン部が最も太い主軸として、段々と液体酸素インペラ部に向けて細くなる主軸構造として、剛性軸となるように検討します。
＜今日の流れ＞
今日は２射ペルトン水車発電機の全体計画設計を行います。
人工衛星運搬飛行機型ロケット図面です。
高度1万５千ｍぐらいまでターボファンジェットエンジンで飛び、それから機体後部のロケットエンジンに点火して高度を数十Ｋｍまで上げます。
高度が数十Ｋｍに達したら機体先端にある人工衛星積載２段目ロケットを切り離して小型人工衛星を宇宙まで運びます。
というような構想図です。
＜今日の流れ＞
今日も熱いので自宅で過ごします。
＜今日の思い＞
最近の土日は、自宅で会社の経営について考えている時間がほとんどを占めています。
幸いに今期の売り上げも順調に推移して現時点では何の問題もないような状況ではありますが、常に半年先からの状況が気にかかり、半年後にも良い状態を保つためには今何をすべきかを考え続けている自分です。
ターボ機械を中心とした流体機械の開発設計という非常に限定された業務世界の中で、常に求められる状態を造り出すための体制造りと弊社能力の告知はどうあるべきか会社を開始した時からこの２０年間悩みっぱなしです。
ただ一つだけ確かなことは新しい領域へのチャレンジが無くなると後は衰退するのみということです。
流体機械の分野にもまだまだ挑戦すべき新しい領域を相当な数思いついてはいますが、どれを選択して挑戦すべきかはやってみないと分からないことになり、その費用と効果から推測して充分に吟味する必要があります。
絶対的な決断は難しく、ふらふらしながらも自分を信じて進むしかないようです。
