国立研究開発法人　宇宙航空研究開発機構
研究開発部門　第4研究ユニット
島垣　満、木村　俊哉

概要

30kN級推力液体ロケットエンジンの実現の一端を成す本研究は、液体推進剤供給一軸式電動ポンプに適用する小型高出力高回転アキシャルギャップモータの発熱による焼損・溶損回避に必要な冷却構造・流量・供給圧を焦点とする。
2019年、2020年JMAGユーザー会では、90kW級ラジアルギャップ式回転同期モータを対象に、電磁気を考慮したロータ径方向振動、熱等価回路モデルについて材料や冷却における強制対流による入力熱特性値等を推定することでモータの各要素の発熱を把握した。精度ある冷却効果を把握する目的でJMAG-RTによりモータ設計情報をシーメンス社AMESIMで構築した電動ポンプモデル及び冷却モデルへ連携した。
本稿では、200kW級高回転アキシャルギャップモータの実現に向け、確からしい発熱を模擬したうえで想定する冷却システムについて熱等価回路モデルによる検討事例を述べる。更には、STAR-CCMを用いた熱との連成解析を実施した。本事例は、JMAGによる熱等価回路モデルによる結果とCFD結果と併せた総合評価をすることで、モータ電磁気要素の焼損や熱減磁リスクを把握できる。