航天飞机主发动机高压燃料涡轮泵的故障模式

对航天飞机主发动机(SSME)高压燃料涡轮泵(HPFTP)的故障模式作了归纳总结,深入分析了HPFTP关键部件故障的问题及其解决办法.研究表明:1SSME的HPFTP故障模式与一次性使用液体火箭发动机液氢涡轮泵、航空燃气涡轮的故障模式存在很大的差异;2影响HPFTP寿命的重要故障模式是涡轮叶片的断裂与热防护装置的热机械疲劳故障;涡轮叶片的断裂主要由高温蠕变效应与高速旋转离心力所引起.HPFTP启动、关机瞬态效应对涡轮叶片的影响也很严重,在涡轮叶片寿命预估时必须考虑这些因素;3HPFTP次同步振动问题是SSME HPFTP设计初期面临的一个重要故障模式,主要由轴承与泵级间密封引起的;4启动隔离密封这类HPFTP专有密封件的故障模式也是HPFTP故障模式的重要组成部分.

航天飞机主发动机高压液氧涡轮泵的氦气缓冲面密封件的设计与分析

气体缓冲密封件中有一种是由两个相对配置并各与一个单独轴环配合的流体薄膜面密封件组成。缓冲气体由外径处引入,通过每个密封件的径向间隙流向内径处两个相对而又隔开的环境中。对于应用于航天飞机主发动机液氧涡轮泵的氦气缓冲密封件的这种安排作了研究。考虑过各种面密封件结构,从中选择出自激励流体静力型和螺旋形槽几何外形两种作进一步评估。确定了流体薄膜特性、动态响应和热弹性变形。因为存在非常高的温度梯度,涡轮侧密封环的变形过度。此外,无论从哪个方面来考虑,其性能都很好。

航天飞机主发动机高压氧涡轮泵可选方案中阻尼(减震)轴承的研制

航天推进涡轮机的研究产生了一种可供选择的液膜轴承设计方案,考虑应用于航天飞机主发动机(SSME)高压氧涡轮泵另一方案(ATD HPOTP)中。这种液膜轴承有以下两种功能:①泵端轴承功能;②预燃室泵后端耐磨环形密封功能。该方案由于淘汰了目前使用的滚动元件轴承,因而大大减少元件数目及组装成本。本文描述了设计范围、设计思路,以及轴承元件对涡轮泵液压动力性能和转子动力性能的影响。

航天飞机主发动机高压涡轮泵工作寿命的改进

当前航天飞机主发动机第一阶段发动机已经验证在高达104％额定功率下具有极好的飞行性能。早期在109％额定功率下作的鉴定试验表明,高压涡轮泵的工作寿命受到一定限制。第二阶段发动机研制计划自1983年以来一直在进行着,旨在提高工作寿命并提供附加余量。本文中介绍了航天飞机主发动机第一阶段发动机的研制历史和第二阶段发动机的设计和结果,以及高压涡轮泵工作寿命极限及其需大量维护的关键部件的验证情况,并概述了第二阶段发动机的设计改进、基本分析和试验结果。此外,在本文中还讨论了正式的鉴定试验计划。高压燃料涡轮泵已作了改进,以便减低涡轮工作温度,延长一、二级涡轮叶片的工作寿命并减小金属板维护工作量。高压氧化剂涡轮泵也作了改进,以便改进轴承工作寿命并消除次同步旋转问題。对于这些改进以及为了快速评估其优点而设计和使用的专用仪表都作了详细讨论。

航天飞机主发动机高压氧化剂涡轮泵4号轴承组件中的冷却剂流量和传热分析

采用PHOENICS程序来模拟通过航天飞机主发动机高压氧化剂涡轮泵4号滚珠轴承组件的液氧流量。PHOENICS的机体配合坐标系能被用来建立几何图形的精确模型。用此模型说明的效应有计算转数、液氧的粘滞加热以及液氧沸腾引起的两相流效应等。采用一种单独程序来说明滚珠轴承内的热传导现象。此单独程序与PHOENICS流量和传热分析相配合。求解了液氧冷却剂的速度场和温度场以及滚珠温度。预计的滚珠温度表明,冷却剂在邻近滚珠表面的区域内发生沸腾现象。

美国航天飞机主发动机的研制

一、发动机的设计特点航天飞机主发动机具有与一般液体火箭发动机不同的若干特点。发动机采用高压补燃循环系统。高压涡轮排出的富氢气体导入主燃烧室。