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전성민(Seong Min Jeon),곽현덕(Hyun Duck Kwak),윤석환(Suk Hwan Yoon),김진한(Jinhan Kim) 한국항공우주학회 2008 韓國航空宇宙學會誌 Vol.36 No.7
볼 베어링과 펌프 비접촉 실의 동특성을 고려하여 고추력 액체 로켓 엔진용 터보펌프의 회전체동역학 해석이 수행되었다. 회전 고유진동수와 감쇠비를 예측하기 위하여 회전속도에 따른 복소 고유치 해석이 수행되었다. 동기 회전체 질량 불평형 응답과 시간 과도 응답 해석을 통하여 회전체의 임계속도와 불안정 운전 시작 속도가 확인되었다. 수치 해석 결과로부터 후방 베어링 강성이 임계속도와 불안정성 예측에 있어서 가장 중요한 인자로 확인되었는데, 이는 1차 모드가 터빈부 회전축 굽힘 모드인 것에 기인한다. 임계속도에 있어서 펌프 실의 영향은 후방 베어링 강성이 감소할수록 그리고 전방 베어링 강성이 증가할수록 확대되는 것으로 나타났다. A rotordynamic analysis is performed for a high thrust class liquid rocket engine turbopump considering the dynamic characteristics of ball bearings and pump noncontact seals. Complex eigenvalue problems are solved to predict the rotating natural frequencies and damping ratios as a function of rotating speeds. Synchronous rotor mass unbalance response and time transient response analyses are also performed to figure out the rotor critical speed and the onset speed of instability. From the numerical analysis, it is found that the rear bearing stiffness is most important parameter for the critical speed and instability because the 1st mode is turbine side shaft bending mode. The pump seal effect on the critical speed is enlarged as the rear bearing stiffness decreases and the front bearing stiffness increases.
정석환,최광식,김정엽 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.4
회전체의 고유특성에 의해 결정되는 위험속도는 실제 사용 시에 매우 중요한 영향을 미치는 요소이기 때문에 설계 초기단계에서부터 신중하게 고려되어야 한다. 위험속도는 회전체를 구성하는 여러 파라미터들에 의해 결정되어 지는데, 그 중에서 아주 민감하게 작용하는 파라미터들을 결정하기 위한 연구를 수행하였다. 기존의 연구들을 바탕으로 회전체의 위험속도에 크게 영향을 미치는 파라미터들을 구별하고, 각 파라미터별 민감도에 대한 분석을 수행하였다. The critical speed determined by the characteristics of a rotor systems is one of the important parameters effecting on the operation of a rotor system. So we need to have critical consideration on the critical speed from the initial design stage. The critical speed can be defined from many parameters of rotor system. In this study, we perform the study to identify the major parameters to the critical speed of a rotor system based on existing studies. Thenwe analyze the design sensitivity of those parameters using SAMCEF FEA program.
2.2 kW급 유도전동기의 회전자 적층구조를 고려한 회전체 동역학 해석모델 개발 및 베어링 간극의 영향 분석
박지수(Jisu Park),심규호(Kyuho Sim),이성호(Sung-Ho Lee) 한국트라이볼로지학회 2019 한국윤활학회지(윤활학회지) Vol.35 No.3
This paper presents the investigation of two types of rotordynamic modeling issues for 2.2 kW-class, rated speed of 1,800 rpm, squirrel-cage type induction motors. These issues include the lamination structure of rotor cores, and the radial clearance of ball bearings that support the shaft of the motor. Firstly, we focus on identifying the effects of rotor core lamination on the rotordynamic analysis via a 2D prediction model. The influence of lamination is considered as the change in the elastic modulus of the rotor core, which is determined by a modification factor ranging from 0 to 1.0. The analysis results show that the unbalanced response of the rotor-bearing system significantly varies depending on the value of the modification factor. Through modal testing of the system, the modification factor of 0.079 is proven to be appropriate to consider the effects of lamination. Next, we investigate the influence of ball bearing clearance on the rotordynamic analysis by establishing a bearing analysis model based on Hertz"s contact theory. The analysis results indicate that negative clearance greatly changes the bearing static behavior. Rotordynamic analysis using predicted bearing stiffness with various clearances from -0.005 mm to 0.010 mm reveals that variations in clearance result in a slight difference in the displacement of the system up to 18.18. Thus, considering lamination in rotordynamic analysis is necessary as it can cause serious analysis errors in unbalanced response. However, considering the effect of the bearing clearance is optional because of its relatively weak impact.
75톤급 액체로켓 엔진용 연료펌프/터빈 회전체 동역학 설계
전성민(Seong-Min Jeon),곽현덕(Hyun-Duck Kwak),윤석환(Suk-Hwan Yoon),김진한(Jinhan Kim) 한국항공우주연구원 2007 항공우주기술 Vol.6 No.1
75톤급 액체 로켓 엔진용 터보펌프의 연료펌프 및 터빈에 대한 회전체 동역학 설계가 이루어졌다. 후방 베어링으로부터 터빈까지의 거리를 베어링 하중 설계에 대한 설계 변수로 고려하였고, 터빈의 질량 및 전방 베어링과 후방 베어링의 강성을 변화시키면서 회전속도에 따른 비동기 고유진동수 해석을 수행하여 연료펌프/터빈의 임계속도를 고찰하였다. 터빈의 큰 관성으로 인하여 전방 베어링의 강성이 임계속도에 미치는 영향은 무시할만한 것으로 나타났다. 후방 베어링의 강성이 2?10? N/m 이상일 경우, 장축의 후방 베어링간 축길이 및 20 ㎏이하의 터빈 질량에서 연료펌프/터빈 회전체의 임계속도는 설계속도 11,000 rpm 대비 70% 이상에 있음이 확인되었다. A fuel pump and turbine rotordynamic design is performed for a 75 ton thrust liquid rocket engine. A distance from the rear bearing to the turbine was considered as a design parameter for load distribution of the bearings. Asynchronous eigenvalue analysis was performed as a function of rotating speeds, turbine mass and bearing stiffness to investigate critical speed of the fuel pump and turbine. From the numerical analysis, it is found that the effect of the front bearing stiffness is negligible in the critical speed due to the large mass moment of inertia of the turbine. With the rear bearing stiffness over 2?10? N/m and the turbine mass below 20 ㎏, the critical speed of the fuel pump and turbine in long shaft case is at least 70 % higher than the operating speed 11,000 rpm.
탄소성 변형을 고려한 타이로드 고정 회전체의 동역학 해석
서동찬,김경희,이도훈,이보라,서준호 한국트라이볼로지학회 2024 한국트라이볼로지학회지 (Tribol. Lubr.) Vol.40 No.1
This study conducts numerical modeling and eigen-analysis of a rod-fastened rotor, which is mainly used in aircraft gas turbine engines in which multiple disks are in contact through curvic coupling. Nayak's theory is adopted to calculate surface parameters measured from the tooth profile of the curvic coupling gear. Surface parameters are important design parameters for predicting the stiffness between contact surfaces. Based on the calculated surface parameters, elastoplastic contact analysis is performed according to the interference between two surfaces based on the Greenwood–Williamson model. The equivalent bending stiffness is predicted based on the shape and elastoplastic contact stiffness of the curvic coupling. An equation of motion of the rod-fastened rotor, including the bending stiffness of the curvic coupling, is developed. Methods for applying the bending stiffness of a curvic coupling to the equation of motion and for modeling the equation of motion of a rotor that includes both inner and outer rotors are introduced. Rotordynamic analysis is performed through one-dimensional finite element analysis, and each element is modeled based on Timoshenko beam theory. Changes in bending stiffness and the resultant critical speed change in accordance with the rod fastening force are predicted, and the corresponding mode shapes are analyzed. Keywords: Curvic coupling(곡률 커플링), Dual rotor(복 축), Rotordynamics(회전체 동역학), Contact mechanics( 접촉 역학), Elastoplastic deformation(탄소성 변형) Nomenclature An : Normal contact area of rough surface (m2) (거친 표면 수직 접촉 면적) †Corresponding author: Junho Suh Tel: +82-51-510-1475 E-mail: junhosuh@pusan.ac.kr http://orcid.org/0000-0001-5516-9637 ⓒ
75톤급 액체로켓엔진 터보펌프의 하중 특성에 따른 임계속도 해석
전성민(Seong Min Jeon),곽현덕(Hyun D. Kwak),홍순삼(Soon-Sam Hong),김진한(Jinhan Kim) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11
고추력 액체 로켓 엔진용 터보펌프의 무부하 회전 시험을 통하여 얻어진 임계속도를 회전체동역학 해석으로부터 예측된 임계속도와 상호 비교하여 해석 모델의 타당성을 검토하였다. 질량 불평형 하중만을 고려한 베어링 무부하 하중조건에서 해석으로부터 얻어지는 1차 임계속도의 예측치는 시험에서 얻어진 결과와 잘 일치하였다. 상기 회전체동역학 모델을 이용하여 유동해석 및 성능시험 결과를 바탕으로 얻어진 펌프와 터빈의 반경하중으로부터, 반경하중 상대 각도에 따른 베어링 강성 변화를 고려하여 임계속도 변화를 예측하였다. 수치해석 결과 펌프와 터빈의 반경하중 상대 각도는 임계속도에 지대한 영향을 미치고 있는 것으로 나타났다. 반면 추가로 축하중이 부과되는 경우 반경하중의 상대 각도에 대한 영향은 감소하는 것으로 나타났다. Critical speed of high thrust liquid rocket engine turbopump is obtained through a rotordynamic analysis and a unloaded turbopump test is peformed for validation of the numerical model. The first critical speed predicted by the numerical analysis is correlated well with the test result for the bearing unloaded rotor condition only considering mass unbalance load. Using the previous rotordynamic model, critical speed variation is estimated as a function of varied bearing stiffness due to pump and turbine radial loads with relative angle difference. From the numerical analysis, it is found that the relative angle difference of pump and turbine radial loads greatly affects the critical speed. However, additional axial load reduces the effect derived from the relative angle difference of radial loads.