高速涡轮泵实时振动监控算法与系统设计

涡轮泵是液体火箭发动机的故障高发部件之一,研究其实时振动监控算法及系统对提高发动机的可靠性与安全性具有非常重要的意义。在选择涡轮泵监控参数的基础上,深入研究涡轮泵实时故障检测算法,提出用于阈值更新的滑动样本递推方法,实现涡轮泵故障的自适应阈值检测,然后基于数字信号处理器设计涡轮泵新型实时振动监控系统,实现更高的处理速度,并满足小型化需求。     

液体火箭发动机涡轮泵耦合分析

为提高液体火箭发动机工作可靠性,防止灾难性故障发生,避免其涡轮泵旋转频率与燃气脉动频率耦合,对涡轮泵的激励传递途径进行建模分析研究得出了发生器燃气压力脉动是重要激励源的结论。通过构造涡轮盘旋转频率与激励的耦合准则,计算得到了发动机涡轮泵工作时存在的耦合转速区,并对发动机热试车耦合情况进行了分析验证并得到了一致结论。      

液体火箭发动机涡轮泵非线性转子系统稳定性影响因素研究

针对低温液体火箭发动机涡轮泵转子非线性系统开展了动力稳定性研究。采用有限元法建立了涡轮泵转子系统的动力学模型,研究了安装偏心对转子密封系统稳定性的影响,给出了失稳转速随安装偏心的变化规律。研究了存在安装偏心时当量密封间隙、轴承支承总刚度及轴向位置对液体火箭发动机涡轮泵转子系统稳定性的影响,分析了失稳转速随当量密封间隙、轴承支承总刚度及轴向位置的变化规律。最后开展了冷吹试验和热试验研究,验证了本文的理论研究结果。本文的研究为液体火箭发动机涡轮泵转子系统结构设计、故障诊断与安装维护提供理论依据。      

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.      

液氧烃类发动机循环系统比较

本文通过理论计算得出两种循环的液氧/烃类发动机参数和性能,计算了混合比、涡轮进口温度、泵效率等参数对发动机性能的影响。利用涡轮功率平衡方程推导出发生器循环的涡轮流量与总流量比和燃烧室压力的关系;分级燃烧循环的燃料泵出口压力与燃烧室压力的关系。最后分析了两种循环的适应范围。     

带有轴流螺旋级的模型诱导轮中的非定常流动和压力脉动（英文）

为了研究提高离心泵抗气蚀性能的措施,以抑制作用在泵过流区域的压力脉动、振动和动力载荷,减轻空化气蚀造成的重复使用液体火箭发动机涡轮泵损伤,满足泵的高转速、低入口压力、减小尺寸和重量等技术要求,采用计算流体力学软件,对轴流式诱导轮和带有轴流螺旋级的诱导轮进行了非定常压力脉动和气蚀性能的三维仿真计算研究。结果表明,与单一的轴流式螺旋诱导轮相比,带有轴流式螺旋级的诱导轮能够改善泵的气蚀特性,气蚀系数提高了25%,初始气蚀系数提高了30%,诱导轮出口位置的叶片通过频率压力脉动得到了抑制。     

普拉特.惠特尼公司研制长期使用的涡轮泵

美国联合技术公司普拉特·惠特尼分公司(Pratt&Whitney)最近从NASA得到198万美元的合同,为航天飞机主发动机研制新的高压燃料和氧化剂涡轮泵。五年的替换涡轮泵研制(ATP)计划,要求普拉特·惠特尼公司研制高可靠性和长期使用的涡轮泵。这种涡轮泵必须在重点检修和大修前能完成30次飞行任务,有55次飞行的使用寿命。普拉特.惠特尼公司研制长期使用的涡轮泵@戴耀松~~     

基于模糊故障树和因子化分析的重复使用火箭发动机失效模式

为确定发动机薄弱环节,指导重复使用火箭发动机可靠性设计,以航天飞机主发动机为研究对象,通过模糊故障树分析法和因子化分析法对发动机主要组件的关键失效模式进行研究.结果表明:模糊故障树分析法给出关键重要度最高的底事件为由剥落、凹坑、磨损和腐蚀致高压氧化剂涡轮泵的轴承失效;因子化分析法通过考虑风险、时间和概率3种因素综合评估出发动机系统中的综合因子最高的失效模式为涡轮叶片失效.      

涡轮泵实时故障检测的改进自适应相关阈值算法

1引言火箭发动机在飞行使用之前,需要分析试车振动数据以评估发动机的性能与状态[1]。涡轮泵是液体火箭发动机中最复杂故障概率最高的部件[2],而振动是涡轮泵故障的重要起因[3],因此,涡轮泵振动数据的分析显得尤为重要。目前,它的主要分析方法有时域统计[4]、频谱分析[5]、神经     

带悬臂涡轮盘发动机转子的振动特性及平衡技术研究

在旋转试验器上研究了带悬臂涡轮盘火箭发动机氧涡轮泵转子的振动特性,并在此基础上完成了氧涡轮泵转子的高速动平衡试验.结果表明：氧涡轮泵转子的振动与悬臂涡轮盘的不平衡量密切相关,单面高速动平衡技术对减小悬臂柔性转子的振动效果显著.     

涡轮泵长程寿命的模糊可靠性设计和评估

根据涡轮泵的主要失效模式,建立了涡轮泵模糊可靠性设计方法。即对各部件进行模糊可靠性分配,再对涡轮叶片静强度、转子工作转速、转子轴疲劳强度、端面密封及轴承进行模糊可靠性设计,从而获得涡轮泵整机的可靠度。此处基于涡轮泵寿命服从威布尔分布,用模糊可靠性理论推导出涡轮泵长程寿命的可靠性评估公式。实例验算表明,评估值与预估值一致,设计与评估方法可行。     

涡轮泵转子次同步进动的机理

阐明次同步进动的发生机理和特征,讨论内阻尼（材料内阻尼、结构阻尼）、干摩擦、气弹效应、动压密封等诱发次同步进动的因素和消除次同步进动的措施。     

涡轮泵振动参数与统计特征量的线性相关性分析

为了剔除冗余的振动参数和统计特征量，提高涡轮泵故障检测的实时能力，建立了线性相关性假设检验模型。利用该假设检验模型和某型液体火箭发动机的历史试车数据，检验了7路涡轮泵振动参数以及13种常用统计特征量的线性相关性，并分析了统计特征量对涡轮泵故障的敏感性和稳定性，以及涡轮泵振动数据的正态性。数据统计分析表明，大部分涡轮泵振动参数以及统计特征量显著线性相关，幅值统计特征量的故障敏感性弱，但稳定性强，而无量纲统计特征量的情况恰好相反，并且正常涡轮泵振动数据服从正态分布，而异常涡轮泵振动数据不再服从正态分布。据此，为涡轮泵故障检测选择了线性相关性弱，故障特征反映能力强的3路振动参数和3种统计特征量。     

基于流形学习的涡轮泵海量数据异常识别算法

为了获取海量试车数据中的信息以分析涡轮泵的健康状态,提出一种基于流形学习的海量数据异常识别算法.该算法将反映涡轮泵状态的振动数据重构到高维空间中,利用扩散映射方法直接对其进行学习,提取出数据内在的低维流形特征,以可视化的方式直观地识别出涡轮泵数据中的异常状态.仿真与试车数据验证结果表明了所提算法的可行性和有效性.该算法克服了传统方法解决非线性问题不足的缺点,为试车后涡轮泵的健康分析提供了一条新的途径.     

涡轮泵式供油系统流体瞬变过程的高速摄影研究

本文是涡轮泵式供油系统流体瞬变过程研究工作的一部分.将泵进、出口流体瞬变过程的高速摄影照片与参数测量结果进行了对比,着重对系统中流体瞬变引起液柱分离和气-液两相流的机理和它们对系统性能的影响进行了分析,提出了防止流体瞬变对涡轮泵式供油系统造成危害的措施.     

滚动轴承-火箭发动机液氢涡轮泵转子系统的动力特性分析

用有限元方法建立火箭发动机液氢涡轮泵转子的离散化模型,并提出考虑滚动轴承内间隙、运行表面波纹度和滚动体离心力等因素的二自由度滚动轴承模型,从而建立了滚动轴承－液氢涡轮泵转子系统的非线性动力学模型。通过数值仿真研究了液氢涡轮泵转子系统动力学问题集中的启动阶段的非线性动力特性。发现在启动阶段不但有同步共振,而且会发生亚谐共振。径向载荷的大小会显著影响同步及亚谐共振的起始时间。滚动体的离心力和滚动轴承的波纹度对转子系统的动力特性有明显影响。     

转速波动状态下涡轮泵典型故障诊断方法

利用涡轮泵振动信号的变换域信息可有效地检测与诊断故障。针对涡轮泵转子叶片断裂与脱落这种典型故障,首先分析其出现的原因,并从动力学的角度研究其振动特征,选择可有效反映该故障的特征频率。然而,涡轮泵转速波动会造成这些特征频率提取的困难,为此提出一种解决此难题的新思路,通过一系列变换域处理来消除转速波动对振动频率的影响,在变换域中提取出稳定的特征频率,从而解决了涡轮泵转速波动状态下该型故障诊断问题。通过涡轮泵历史试车故障数据的验证表明,通过跟踪变换域中这些特征频率的幅值变化,可以有效检测与诊断涡轮泵转子叶片断裂与脱落故障。     

基于QZ算法的涡轮泵转子临界转速有限元计算

QZ算法求解非对称矩阵广义特征值问题与转子动力学有限元法相结合计算涡轮泵转子临界转速,发展了相应的计算程序FEMQZ。在计算模型中考虑轮盘的陀螺力矩、轴套零件和叶轮浸液的影响。计算分析了某涡轮泵转子在弹性支承下的临界转速。实验结果表明,计算得到的一阶临界转速与实测值吻合,所发展程序能用于涡轮泵转子的动力特性分析。