航天液体火箭液氢泵叶片积叠线空化性能优化仿真研究

参照现有液体火箭液氢涡轮泵设计一组诱导轮-离心轮构型。通过数值模拟方法探索液氢涡轮泵中离心轮叶片前缘积叠线的影响规律,验证相应的优化方法。结果表明:泵体流量工况的变化会影响泵体的流场,并对空化现象产生影响;而进行积叠线倾斜优化能调整沿叶高的攻角,进而改善泵体空化性能;积叠线倾斜角θ的取值范围在55°~80°时叶片具有较好的防空化气蚀性能。

液氢涡轮泵孔型阻尼密封设计与性能评估

针对某液氢涡轮泵级间迷宫密封流体激振诱发转子涡动失稳问题,开展了孔型阻尼密封方案设计及密封泄漏特性和转子动力特性评估研究。通过不同密封间隙、孔径和孔深等关键几何参数的组合,共设计液氢孔型阻尼密封方案25种。采用定常CFD(computational fluid dynamics)数值预测方法,计算分析了密封间隙、孔径和孔深对液氢孔型阻尼密封泄漏量的影响规律;采用基于多频单向转子涡动模型、动网格技术和转子动力特性系数频域识别方法的非定常CFD摄动数值预测方法,计算分析了孔径和孔深对液氢孔型阻尼密封转子动力特性系数的影响规律。研究表明:液氢孔型阻尼密封的孔深和孔径的比值(密封孔深径比H/D)存在一个临界值(H/D=0.5附近),此时密封泄漏量最小;H/D<0.5时,液氢孔型阻尼密封泄漏量对孔深变化不敏感(小于4.5%);较大孔径的液氢孔型阻尼密封具有更小的有效刚度;较小孔深的液氢孔型阻尼密封具有更小的有效刚度和更大的有效阻尼;综合考虑液氢孔型阻尼密封泄漏特性和转子动力特性,液氢孔型阻尼密封应选取较小间隙、较大孔径和最佳深径比以内(H/D<0.5)的较小孔深。

泵压式氢/氧液体火箭发动机质量分析

在文献资料研究的基础上,根据泵压式氢/氧液体火箭发动机的实际特点,考虑发动机性能参数及结构尺寸等影响因素,利用理论推导、统计学及面密度等方法建立发动机质量模型。通过对SSME、RD-0120等8台氢/氧发动机质量的计算,验证了质量模型的合理性。为发动机在系统方案论证时,其质量、性能等参数的估算和优化奠定了基础。

重复使用液体火箭发动机可用度的数字仿真

重复使用液体火箭发动机(RLRE)可以降低航天发射成本,是未来航天运载器的发展方向之一.RLRE的复杂性、部件寿命模型的差异等不确定因素使得它的可用度评估工作十分困难.在现有的航天飞机使用资料的基础上,利用蒙特卡罗数字仿真方法,以航天飞机主发动机(SSME)高压液氢涡轮泵(HPFTP)为例对其可用度进行了分析.该方法不涉及部件的寿命分布模型,但考虑了前期维修对后期故障的影响,可以合理地模拟系统的故障发生过程.结果表明,在基本维修的情况下,HPFTP存在最佳的预防维修周期,其平均最佳合理预防维修周期为6 340 s,为满足航天飞机的任务需求,理论上预防维修前可重复使用12次,对应的平均最佳可用度为0.285.较低的可用度反映了HPFTP工作过程的特殊性.本文方法可以为航空航天推进系统可重复使用性研究提供参考.

氢涡轮泵次同步振动问题的试验研究

某型氢氧发动机氢涡轮泵采用了超二阶临界转速工作的柔性转子,为了解决氢涡轮泵研制中发生的次同步振动问题,采用氢涡轮泵空转试验的研究方法,通过布置在涡轮泵机组不同位置的位移和加速度传感器,获取转子的工作信息,对轴系预紧力、密封动环安装位置、轴系相关零件的配合间隙、金属阻尼器等影响因素进行了研究和试验。试验结果表明,增加轴系预紧力对抑制异常频率的出现有较为明显的作用;密封动环的安装位置与轴承的距离越远,越容易激发出异常振动频率;适当增加轴套与轴的配合间隙可减小轴系的内摩擦,进而提高轴系稳定性裕度;金属橡胶阻尼器的采用对抑制异常振动有明显效果。