锥度和不对中误差对止推箔片轴承承载特性的影响

空间核电系统采用高温气冷堆闭式布雷顿循环方案,使动力转换系统可高效地利用核能发电。动力转换系统采用止推箔片轴承,省略了供油和供气系统。建立柱坐标系下可压缩气体的雷诺方程并耦合求解锥度和不对中误差影响的气膜厚度方程,分析了止推箔片轴承在生产和装配过程中产生的锥度和不对中误差对轴承承载特性的影响。结果表明:在设计间隙不变的情况下,锥度增大导致轴承承载力减小;在轴向载荷恒定的情况下,锥度绝对值越大,最小气膜厚度越小,最大气膜压力则相反;随着不对中角度增加,轴承承载力和摩擦功快速增大,单瓦的承载力出现严重不均衡情况,不对中误差对轴承刚度系数和阻尼系数的影响较明显,直接影响转子系统的稳定性。

提高氧泵诱导轮汽蚀性能的方法研究

利用计算流体力学(CFD)技术对某氧泵诱导轮进行了入口壳体开槽的汽蚀性能的研究,分析和采用了双圆弧进口方案.在流场计算研究中,分析了无汽蚀条件下叶片前缘的负荷,然后进行了诱导轮汽蚀性能的计算.流场计算结果表明,采用的改进方案在保证扬程和效率基本不变的情况下,能够很大程度上降低叶片前缘负荷,提高诱导轮汽蚀性能.

数值模拟在高速泵汽蚀性能预测中的应用

以带诱导轮的高速泵为研究对象,应用CFX数值分析软件中提供的k-ε湍流模型、基于Rayleigh-Plesset方程的简化多相流模型,进行高速泵全三维稳态数值模拟。数值模拟以常温水为介质,进出口边界条件为压力进口和质量出口,进口压力采用泵汽蚀性能试验时的入口压力。在恒定流量、扬程下降3%条件下,数值模拟和性能试验所获得的泵必需汽蚀余量基本相等;计算得出的泵扬程随入口压力变化规律与试验结果吻合。结果表明数值模拟技术可以用于带有诱导轮等复杂结构的高速泵汽蚀性能预测。

某发动机涡轮泵转子高温超速/疲劳试验研究

涡轮转子是输送液氢/液氧推进剂的关键组件,其运行状态的好坏将直接影响发动机的性能和可靠性。超速/疲劳试验是转子质量控制、极限强度考核的一种试验方法。针对某发动机涡轮转子开展了高温超速/疲劳试验研究,首先研究了试验用转接器的设计方法,然后基于有限元方法建立了某液体火箭发动机涡轮泵转子高温超速试验的有限元模型,研究了温度对涡轮泵转子振型及临界转速等动特性的影响,分析了转子启动升速过程中常温和高温的振动幅值与支撑应力变化规律。在理论研究基础上开展了转子高温超速/疲劳试验研究,分析了高温状态下涡轮泵转子系统启动升速过程振动幅值的变化规律,研究了温度对涡轮泵转子超速动特性的影响规律。

液体火箭发动机涡轮转子超速离心变形特性研究

由于液体火箭发动机涡轮泵运行状态的好坏直接影响发动机的性能和可靠性,所以对其进行超速疲劳试验是检验涡轮泵转子系统高速旋转时稳定性的可靠保证。低温氢转子转速高、动能大,实际工作中又受低温环境、振动等多种复杂因素的影响,给涡轮转子的结构强度和稳定性带来很大挑战。为确保涡轮泵产品运行的稳定性,研究其高速离心时的变形特性对保证涡轮泵产品的结构强度和可靠性具有重要意义。建立了涡轮等部件的有限元模型,研究应力分布和形变特性,在理论研究的基础上开展了试验研究,验证了产品设计的可靠性,为发动机的可靠运转提供保证。

超音速复速级涡轮的气动设计改进

采用数值模拟方法对某液体火箭发动机超音速复速级涡轮进行了流场分析。根据分析结果对两列动叶的叶型进行了改进设计:第一列动叶栅的改进采用自由旋流法,通过等通道的叶栅流道设计,减弱了激波对附面层的干扰,有效抑制了流道内的流动分离;第二列动叶栅的改进采用参数化叶片造型法,型线用具有局部修改能力和保凸性较好的Bezier曲线表示,通过减小入口攻角降低了分离损失。数值模拟结果表明,改进后的复速级涡轮内部流动特性改善显著,分离损失明显减小,效率提高了5%以上。

液体火箭发动机音叉式涡轮叶盘振动特性研究

某液体火箭发动机整体叶盘音叉式涡轮转子的盘-轴根部圆角在试车考核中曾多次出现裂纹故障。为分析裂纹产生原因,通过数值计算及模态实验获取了该转子受力状态、振型、阻尼比等结构振动特性。结合振动信号分析,将裂纹故障原因聚焦到叶盘的二节径型振动。通过高频速变压力测量,得到涡轮流场内压力脉动数据,间接获取了该转子工作状态下的振动特性。试验表明被测涡轮转子流场通道内,分频幅值最大压力脉动对应涡轮转子2节径前行波振动,幅值约为11kPa。分析确定涡轮叶盘二节径振动是故障产生的主要原因。

大推力氢氧火箭发动机液氢多级泵仿真与试验

作为火箭发动机的心脏,高效高扬程液氢多级泵的研制具有重要意义。对一种包括高效高扬程离心叶轮、低损失级间流道及进出口壳体的液氢多级泵进行研究,通过CFD对整个流体域进行仿真,并采用水力试验进行验证,分析了该泵的水力性能和汽蚀性能,验证了该泵设计合理,能够满足大推力氢氧火箭发动机使用需求。

工况参数对螺旋槽机械密封液膜空化特性的影响

为了合理选择各因素以实现对液膜空化的有效控制,以螺旋槽机械密封为研究对象,采用流线迎风有限元法求解满足质量守恒JFO边界条件的控制方程,分析工况参数对液膜空化特性的影响。结果表明:介质黏度、平衡半径和弹簧力减小时,迎流侧压力降低,背流侧压力提升,液膜空化率降低,空化临界转速与临界压力变化趋势相反;介质黏度和弹簧力越小,空化率随转速的变化曲线越平缓,随内径压力的变化速率越小;平衡半径越小,空化率随转速的变化曲线越平缓,随内径压力的变化速率越大。

诱导轮有限元分析与应用

采用有限元软件建立诱导轮的有限元模型,通过模态试验对其进行修正与验证;对诱导轮进行应力分析与疲劳分析,为故障分析与结构改进提供依据。

液体火箭发动机雷列槽结构参数对密封动态稳定性的影响

液体火箭发动机雷列槽密封动态稳定性受结构参数的综合影响。建立雷列槽液体润滑机械密封三自由度微扰模型,采用有限元法和小扰动法求解稳、动态雷诺方程,分析结构参数对动态特性系数和密封稳定性的影响。结果表明:同一雷列槽结构参数的变化对动态特性系数的影响程度不同;槽数、浅槽槽宽增加,浅槽内径减小时,轴向刚度系数和角向刚度系数变大,角向耦合刚度系数和动态阻尼系数变小;深槽槽宽、浅槽槽深增加,动态特性系数减小;深槽槽深的变化对动态特性系数影响较小;雷列槽密封不会发生轴向失稳,角向存在“半频摆动”现象;槽数、浅槽槽宽减小,浅槽槽深增加时,雷列槽密封容易发生角向失稳。

大推力氢氧发动机双吸液氧泵优化与仿真研究

为满足我国未来载人登月等重大航天工程的需要,研制重型运载火箭势在必行,而大推力氢氧火箭发动机是其发展的基础。作为火箭发动机的心脏,大流量高扬程液氧双吸泵能够高效稳定运行具有重要意义。双吸泵进口壳体中液体的流动状态,直接影响诱导轮、叶轮内的流场,从而对整泵性能、稳定性及对变工况的适应性产生重要影响。通过设计不同结构、数量和位置的进口导叶,并利用CFD技术对整个液氧双吸泵内流场进行三维数值仿真,其中湍流模型采用Realizable k-ε双方程模型,压力与速度耦合采用SIMPLEC方法,获得了该泵的性能曲线及其流场内压力和流线分布情况,并得到了进口导叶对整泵性能的影响规律:合理的进口导叶设计能有效地改善双吸泵内流动情况,可以使诱导轮入口流场更为均匀、稳定,对提高整泵性能及其对较宽流量范围的适应性具有积极意义。

诱导轮空化及低温热抑制效应机理分析

以高速泵试验数据和数值仿真结果为基础,结合流体的物理特征和诱导轮运行特点,分析了诱导轮局部静压力迅速下降和温度差产生的原因,剖析了诱导轮空化机理;在相同运行参数下,对比诱导轮在低温液氧和常温水介质中空化的发生情况,定性和定量地分析了低温介质对空化的抑制效应。