Rotating Turbine Test Facility
設備諸元Specification
主流空気流量 Main annulus mass flow rate 最大 20 kg/s 20 kg/s max.
主流入口全圧 Mainflow inlet total pressure

700 kPa-abs 700 kPa-abs

主流入口全温 Mainflow inlet total temp.

480℃ 480℃

膨張比 Expansion ratio

最大 3.3 3.3 max

電動機動力 Electric motor power

6MW 6 MW

回転数 Rotation speed

最大 15000rpm 15000rpm max

最大流路外径 850mm 850 mm max. (passage outer diameter)

供試部サイズ Test section size

○他設備

実機の高温・高圧タービン作動域
Typical high-temperature,high-pressure turbine
operational range

Present facility
Other facilities

主流レイノズル数Mainflow Reynolds number

Oxford

VKI
RWTHA
ETHZ
SussexDLR

PSU,VKI

NotreDame

主流マッハ数
Mainflow Mach number

実機の高温・高圧タービン作動域
Typical high-temperature,high-pressure turbine
operational range

MIT

冷却空気の密度（主流密度に対する比）Cooling flow density (as ratio of mainflow)

◆本設備

OSU

AFRL

GRAZ

Darmtadt

冷却空気流量（主流流量に対する比）Cooling mass flow (as ratio of mainflow)

高効率高圧タービン要素の詳細空力計測

Detailed aerodynamic measurements of high-efficiency,
high-pressure turbine component
コアエンジン技術実証プロジェクト（En-Core）では、共同研究先とともに高効率な高圧タービン要素を開発し、本設備において詳細な空力計測・性能

詳細なエリアトラバース計測によるタービン流出角分布評価を行いました。タービンでは流路渦などにより非常に 3 次元的・複雑なTurbine exit-flow angle distribution based on detailed
area-traverse measurements

流れ場となることが知られていますが、本研究では主流と 2 次空気の干渉・混合により、そうした 3 次元性にどのような影響が生じるかを明らかにすることができました。

CFD (UPACS) CFD (UPACS)
設計分布 Designed distribution(En-Core)”, JAXA and a research partner developed a high-efficiency,
high-pressure turbine component and conducted detailed aerodynamic
measurements and performance evaluations at this facility. It is known thatflow vortices make the flow fields in turbines three-dimensional and very

スパン（％）
Span（％）In the “Environmentally Compatible Core Engine Technology Research Projectcomplex. In this study, it was clarified how the interference and mixing ofsecondary air with the main flow affect such three-dimensionality.

回転タービン試験設備
Rotating Turbine Test Facility● 計測データ Measurement data

設備技術研究ユニット 推進設備チーム
オーバーターン
Over-turn

Aeronautical Facility Research Unit Propulsion Test Facility Team

アンダーターン
Under-turn

流出角Turbine exit-flow angle

CFD (JAXA-UPACS)等と計測データの比較

Comparison of CFD (JAXA-UPACS) and measurement data

国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 航空技術部門
設備技術研究ユニット推進設備チーム

Japan Aerospace Exploration Agency Aviation Technology Directorate
Aeronautical Facility Research Unit Propulsion Test Facility Team〒182-8522 東京都調布市深大寺東町 7-44-1
7-44-1 Jindaiji Higashi-machi, Chofu-shi,
Tokyo 182-8522
2024年2月発行
February 2024

宇宙航空研究開発機構
Japan Aerospace Exploration Agency

Rotating Turbine Test Facility

設備概要

空気系統

吸・排気スクロール

Air supply system

Inlet/exhaust scroll

Overview of the Rotating Turbine Test Facility

本設備はきわめて特長的な空気系統を有してい

吸気スクロールは、上流配管からの主ます。まず主流は、空気加熱器で最高 500℃程流空気の流れを転向させつつ周方向に

本設備は2019年度に建設されたオープンループ型のタービン回転度まで加熱され、実機相当の密度比を実現して均一に分配して供試体に導く部分で、試験用大型設備で、実機スケールのタービン要素にも対応できます。

います。2 次空気側も温調が可能であり、また品質の良い試験データを得る上できわ複数系統で独立した流量制御が可能です。

めて重要です。

まず、第一の特長として、連続定常作動式であることから、長時間This facility has a unique air system. First, themain airflow is heated to up to 500℃ in an air
heater to achieve a density ratio equivalent tothat of the actual turbine. Secondary air canalso be temperature- controlled, andindependent flow control is possible formultiple supply lines.

The inlet scroll distributes the main
airflow from upstream piping
uniformly in the circumferential
direction while diverting anddirecting it to the test section, whichis extremely important for obtaining
high-quality test data.

にわたって安定した作動条件を保つことができ、詳細な空力計測や様々な作動点での計測を行うのに適しています。これは、より一般的に使われているブローダウン式のタービン設備では実現困難です。
また第二の特長として、タービンの主流だけでなく、2 次空気と総称される冷却空気やシール空気等も模擬でき、これらが主流に混合することによって生じる様々な流体現象を実機さながらに忠実に再現できます。このことは、特に最先端の高温・高圧のタービンの性能を正確に評価する上ではきわめて重要なポイントです。そして第三の特長として、本設備では空気力学的に実機と等価な試験条件が実現できることがあります。主流の代表的な空気力学的パラメタとしてはレイノルズ数やマッハ数がありますが、本設備ではこれらの空気加熱器主要なパラメタを高温・高圧のタービン実機条件と合わせることがAir heaterできるので、原理的に、タービンが実際にエンジンで作動している状態とまったく等価な性能評価が可能です。さらに、前述した 2 次空気に係るパラメタ（冷却空気の流量比や密度比）まで実機を再現できる能力を有しています。ここまで実機状態を正確に模擬できる設備は世界的にも類を見ません。
This large open-loop rotating turbine test facility was built in 2019 and供試体（タービン）

Test section(turbine)

can accommodate full-scale turbine components. As a steady-state
facility under continuous operation, it can maintain stable operating
conditions over long periods of time, making it suitable for detailed

テストセル内部

aerodynamic measurements at various operating points, which canOverview of the test cellbe difficult to achieve at conventional blowdown-type turbine

駆動・制動システム

facilities. Another feature of the facility is that it can simulate not onlyDrive and braking systems

the main annulus flow but also secondary air streams (e.g., cooling

供試体の回転軸はインタフェースを介して減速機につながり、こ屋外 Outdoors

２次空気配管Secondary air piping

and seal air), and it can faithfully reproduce various fluid phenomena

こで回転数を落とした上で、電動機で制動をかけます。本設備でarising from secondary air mixing with the main flow, just as would be

はきわめて高精度の回転数制御・計測が実現されています。

observed in an actual turbine. This is extremely important for

主流配管
Main airflow piping

accurately evaluating the performance of state-of-the-art

空気加熱器
Air heater

high-temperature, high-pressure turbines. A third feature of thisfacility is that it can realize test conditions that are aerodynamically

２次空気 Secondary air

equivalent to those experienced by actual turbines. Typical

排気 Exhaustcommonly used aerodynamic parameters include Reynolds numberand Mach number. This facility can match these key parameters withactual turbine conditions at high temperatures and pressures so that,in principle, performance evaluations in the turbine are precisely thesame as actual engine operations. The system can also reproduce
actual turbines, including the above-mentioned parameters related tosecondary air (e.g., cooling mass flow and density ratios). No otherfacility in the world can simulate actual conditions with this level of

排気塔
Exhaust tower

主流 Main flow

A reduction gear connects to the rotating shaft of the test section
through an interface, reducing the rotation speed and thenbraking by an electric motor. This facility thus achieves extremely
precise control and measurements of rotation speeds.

潤滑油 Lubrication

制御室

供試体（タービン）
Test section (turbine)

冷却水 Cooling water

Control room

電動機Electric motor

制御室はテストセルから完全に独立しており、ここから設備や供吸気スクロールInlet scroll

試体の制御・監視および計測データ取得を行います。

The control room is completely independent from the test cell,
where control and monitoring of the facility and the test section
as well as acquisition of measurement data are performed.

排気スクロール
Exhaust scroll

制御室 Control room

ディスクブレーキ
Disc brake
減速機
Reduction gearbox

テストセル Test cell

accuracy.
全体配置図

Floor arrangement

ディスクブレーキ（緊急停止用）

Disc brake(for emergency stopping)