宇宙船のエンジン用推進剤を加圧するための横軸ターボポンプを計画している途中の図です。
中央に有る速度複式衝動タービンが主軸両端の液体酸素ポンプと燃料ポンプを駆動して推進剤が加圧されます。
主軸がかなり太いのは、剛性主軸とすることで危険速度を回避するためです。
宇宙船推進剤加圧ターボポンプ駆動用タービンの性能流体解析シミュレーション結果まとめです。
ターボポンプを駆動するガスタービン単体での性能を流体解析にて確認しています。
タービン最適回転数を下げるために、タービン型式は軸流速度複式方式として設計しています。
解析結果図にて、初段ノズルから初段動翼、そして二段目転向静翼、二段目動翼への相対流れ状態を詳しく確認できます。
翼間の相対流れ状態は、全翼形状に沿って滑らかに流れ損失の少ない作動状況であることが分かります。
液体酸素LOXターボポンプ用インデューサー単体での 性能流体解析シミュレーション結果まとめです。
展開角300度のインデューサーブレードです。
インデューサーは圧力上昇値を大きめに取っています。
それにより軸断面で見るようにシュラウド側に逆流渦領域が発生して流れる流量が減少しています。
インデューサーブレードの入口相対流入角はブレード入口角に合っていて滑らかな流入となっています。
ブレード翼間流れもブレード展開角の途中までは均一な無理ない流れとなっています。
しかしながらインデューサーボス部出口側では十分に圧力上昇が得られておらず流れの逆流領域が存在します。
シュラウド側の逆流渦領域を減らすためには、ブレード入口出口転向角の減少とブレード展開角の増加が必要と思われます。
宇宙船工学のまとめで、電気推進宇宙船の航行特性として、可変推力に最適な推力制御値を計算する方法を説明しています。
タービン発電の大電力により推進剤噴射速度が可変で航行する電気推進宇宙船です。
可変推力推進電気宇宙船の最適な推力制御値の計算の説明と
一定加速度の推進を行うのに必要な計算の説明をしています。
宇宙船エンジンの推進剤を加圧するための縦軸1軸式ターボポンプ設計構造を説明した図です。
この推進剤加圧ターボポンプの主要要素は、
液体酸素加圧用遠心ターボポンプ：耐キャビテーションインデューサーを持つ中比速度高速回転遠心型ポンプ
液体燃料加圧用遠心ターボポンプ：耐キャビインデューサーを持つ低比速度高速回転遠心型ポンプ
速度複式衝動タービン：ポンプの駆動源となるガスタービン。２段動翼の衝動複式流れタイプです。
以上の主要部を設計して全体構成をしています。
宇宙船の推進剤の燃料を加圧してエンジンに供給するターボポンプの設計例です。
ターボポンプを回す動力源は、ポンプの下部に付いている衝動型短段ガスタービンです。
タービンは高速回転数の大動力で回りますので、ポンプは小型ですが流量と加圧が大変に大きくなります。
宇宙船生命維持装置 ECLSS の温湿度制御ヒートポンプに使う遠心ターボ圧縮機の危険速度（固有値）を解析した結果まとめです。
この遠心ターボ圧縮機の使用最高回転数が10万rpmに対して、1次危険速度が17万rpmなのでターボ圧縮機運転時には共振による破壊の危険性は無く安全です。
宇宙船工学を習得する作業として、電気推進宇宙船の航行特性まとめ その２を作成しました。
タービン発電の大電力による電気推進機にて一定の推進剤噴射速度で航行する場合の電気推進宇宙船について、
宇宙船の加速度、航行距離、航行所要時間を計算する式をまとめています。
電気推進宇宙船の電気推進機は、タービン発電による大電力が使えることからMPDアークジェット推進機又はホール推進機を仮定しています。
宇宙船工学：
タービン発電電気推進宇宙船の推進剤噴射速度一定の場合の宇宙航行特性 その１です。
推進剤一定噴射速度電気推進宇宙船の基礎関係式と最適推進剤噴射速度によるペイロード比と最終到達速度の計算を示しています。
この構想案のような大電力タービン発電を行う電気推進宇宙船の電気スラスタはMPDアークジェットスラスタ使用を仮定しています。
自宅での宇宙船設計作業環境の紹介：
宇宙船設計システム構築のための専用機として購入したHPのモバイルワークステーションに3DCAD Inventor2022Proをインストールして宇宙船設計を開始しています。
中央画面が3DCAD Inventorのダークモード表示画面として設計作業を進めている様子です。
3DCADのこのようなダーク画面表示はこれまでになかったもので、目に優しく、自分にはカッコ良い作業環境です。
宇宙船での生命維持装置であるECLSSの温湿度制御を行うヒートポンプに使うための遠心ターボ型圧縮機の全体寸法と仕様の詳細です。
この圧縮機の全体寸法を見ると設計した遠心ターボ圧縮機は超小型であることが分かります。
そのヒートポンプとしての性能も優れており、
圧縮圧力比が高く出来て、それによるヒートポンプCOP値が非常に高い空調装置となります。
それに使う媒体ガスも代替フロンのR1233を使うように設計しているので環境への影響が少ない優れた圧縮機です。
最近の自宅テレワーク作業環境
最近の自宅でのテレワークを行う作業環境が次のようになっています。
一番奥のPCと真ん中のPCにて３次元CAD SolidWorksでの３次元設計と流れ解析シミュレーションを行っています。
手前のPCでは、ゲームエンジンUnityとUnreal Engineの学習、そしてゲームを行っていますのでテレワーク仕事用では無く個人の作業用です。
