液体火箭发动机音叉式涡轮叶盘振动特性研究 (液体火箭推进专刊)

某液体火箭发动机采用整体叶盘音叉式涡轮转子,该转子盘-轴根部圆角试车考核中曾多次出现裂纹故障。为推断裂纹产生原因,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。     

液体火箭发动机反力式涡轮动叶进口攻角的研究

针对高性能分级燃烧（闭式）循环液体火箭发动机用反力式涡轮的特点，对所设计的动叶叶栅S1流面的准三元流气动分析和已有动叶平面叶栅的亚声速风洞试验，研究了反力式涡轮动叶玻负攻角对叶栅内的绕流和能量损失的影响。结果表明：对于给定的来流方向，为得到连续收敛的叶栅几何通道和小的能量损失，动叶应采用正攻角设计，对已有的连续收敛的动叶叶栅，应采用负攻角流入工况，能量损失小。     

分级燃烧循环液体火箭发动机涡轮叶栅设计

本文利用涡轮设计软件,设计了用于分级循环燃烧火箭发动机的涡轮叶栅。为控制二次流损失,动静叶均采用先进的后加载叶型,静子叶栅采用正弯设计。流场计算结果表明,弯曲静叶整级效率提高0．92％,静叶内部漩涡强度减小,二次流减弱。经涡轮吹风试验验证,其级性能完全满足要求。这也表明后加载叶型及叶片正弯的方法适用于该类型涡轮。     

液体火箭发动机涡轮泵技术的发展

阐述了涡轮泵的技术发展水平在液体火箭发动机研制中的重要地位;分级燃烧循环系统发动机涡轮泵的设计特色;苏联涡轮泵总体设计的特点;并对预压泵、轴向力平衡活塞、两相流诱导轮、正反旋涡轮等涡轮泵新技术的设计原理进行了概述.     

液体火箭发动机高速涡轮泵的振动故障检测

讨论了涡轮泵故障的几个主要原因，据此提取涡轮泵振动数据的特征，用BP神经网络的方法进行故障检测。BP神经网络的训练样本集由一个具有无监督聚类功能的神经网络从原始的特征向量集获取。     

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.     

液体火箭发动机涡轮泵故障诊断的新方法

针对传统的液体火箭发动机涡轮泵故障诊断方法只能在有样本数据并且样本数据充足的情况下才能进行准确诊断以及诊断时难以提取状态特征的缺点,提出一种适用于涡轮泵在线监测及诊断方法,该方法利用生物免疫系统的反面选择机理,利用生物克隆和学习机理使改进型反面选择算法产生的检测器具有不同的检测半径,使其能更有效地覆盖异常空间,能有效地提取涡轮泵的状态特征,避免了检测器产生效率低等问题。实例诊断结果表明:该方法较好地解决了故障样本难以获取及有效地提取涡轮泵的状态特征的问题,能准确监测出涡轮泵各种常见故障所引起的异常并能准确诊断,较高诊断精度表明该方法是可行的,并且具有较好的在线性、准确性及鲁棒性,为液体火箭发动机涡轮泵故障异常检测探索了一条新路。     

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。     

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。      

液体火箭发动机涡轮泵低温空化实验研究进展

涡轮泵是泵压式低温液体火箭发动机的核心部件,素有发动机的心脏之称,其性能提升受空化条件限制。由于低温介质的空化热力学效应,低温空化过程相较于常温水空化更为复杂。首先介绍了低温涡轮泵空化实验系统的理论基础和设计要点,梳理了表征空化热效应的相似准则发展现状。接着详细介绍了目前国际上具有代表性的低温液体火箭发动机涡轮泵空化流动实验系统和相应的代表性研究成果,结果表明以热敏介质替代低温工质开展实验是当前技术发展趋势,但需要控制好不同介质之间的热效应相似换算关系;以先进光学手段和无线数据传输技术为代表的先进测试手段已逐渐被引入空化流场分析中,是值得进一步发展的研究方向。最后对空化热效应理论建模工作进展进行了总结归纳,发现当前的相关工作主要集中在稳态空化性能,针对非稳态特性的理论建模工作进展缓慢,亟待进一步的深入研究。本文可为进一步提升中国泵压式低温液体火箭发动机性能和可靠性提供有意义的参考。     

液体火箭发动机内窥镜检测方法改进

为进一步提高内窥镜在液体火箭发动机的工作内腔、焊缝表面、导管内表面的缺陷及多余物检测效果，采用定性与定量方法对缺陷进行了试验研究。内窥镜检测到的缺陷图像转变为数字图像后，可实现对缺陷尺寸实际大小的判别。该研究方法对其它产品的内部质量状况检测也有一定的参考价值。     

铌钨合金材料在液体火箭发动机上的应用

为探索铌钨合金在液体火箭发动机上的应用，针对我国研制成功的Nb-5W-2Mo-1Zr铌钨合金进行了高温性能试验及抗高温氧化涂层的研制，铌钨合金及涂层在高温时的组织结构分析及相关工艺试验。结果表明：Nb-5W-2Mo-1Zr铌钨合金及抗氧化涂层可用于液体火箭发动机。     

基于分布参数线性化模型的分级燃烧循环液体火箭发动机频率特性计算

采用一维分布参数模型描述发动机的管路系统,将发动机各部件和管路的线性化模型表示为联系输入输出参数的传输矩阵形式。根据发动机各部件的连接关系,将发动机系统划分为若干模块,用矩阵变换的方法求得发动机各模块的传输矩阵,构成发动机系统方程组。      

MEMS梳齿音叉陀螺温度漂移特性研究

由于MEMS音叉陀螺多用于车载及无人机导航等应用场合,而外界温度环境因素对其零偏性能有着很大的影响,因此其温度引起的零偏漂移的大小直接影响着最终导航的性能。研究了全温范围传感器漂移特性,旨在提升陀螺温度漂移特性。通过改进电路设计以及采用实时补偿算法对其全温范围温度引起的零偏漂移进行补偿,将零偏稳定性提升了一个数量级。     

液体火箭发动机诱导轮空化热力学效应研究

为了研究空化热力学效应,以模型诱导轮为研究对象,改变流量、水温等条件,对其内部空化流动进行了可视化实验研究,完整记录了从空化初生至性能断裂点各工况的空化区形态。结果表明:温度对诱导轮无空化水力性能没有显著影响,但是高温下诱导轮的空化性能断裂点被显著延后,体现了热力学效应的影响。对比不同温度下的空化区形态,发现热力学效应的强弱与流动工况密切相关,在小空化数下体现得更为显著。同时引入一种半经验的理论模型预测热效应对空化性能的影响,小流量(Φ=0.071)下预测结果与实验结果平均偏差为5.5%,大流量(Φ=0.088)下平均偏差为10.8%,验证了模型在本文应用条件下的可靠性。     

重复使用液体火箭发动机用材料及工艺研究进展

系统梳理了国外几种典型的可重复使用液体火箭发动机用材料及工艺情况,着重介绍了氢氧火箭发动机、液氧/煤油火箭发动机、液氧/甲烷发动机等可重复使用液体火箭发动机的推力室、涡轮泵、喷管等关键构件材料选用及成型工艺情况。分析各种液体火箭发动机性能需求及结构特点,探究关键材料及工艺技术发展趋势,对比国内可重复使用液体火箭发动机材料及工艺研究现状,为后续可重复使用液体火箭发动机材料及工艺技术发展方向提供思路。     

电动膨胀循环液氧甲烷变推力发动机动态特性研究

电动泵压式液体火箭发动机受到了广泛的关注,然而电池有限的输出功率和过于沉重的质量成为限制电动泵压式发动机发展的重要因素。为此本文提出了一种电机驱动燃料泵和涡轮驱动氧泵的电动膨胀循环液体火箭发动机方案,并着重研究了该型发动机的动态响应特性。首先给出了20 kN级电动膨胀循环发动机的技术指标和部组件参数,进一步基于AMESim平台建立了全系统动力学模型,验证了方案的可行性和部组件动力学模型的准确性,并深入研究了单点工况和调节工况的动态响应特性。结果表明,针对启动过程而言,涡轮泵调整时间较电动泵长,这降低了系统响应速度,但工况越高,系统响应速度越快;高工况启动时,甲烷在冷却通道内的剧烈相变和跨临界状态的不连续物性相互耦合易引发系统振荡;就调节过程而言,推力调节时普遍存在超调或凹坑现象,且系统在两相同工况之间调节时,正调响应速度快于负调,这也导致阶跃幅值相等条件下的系统调整时间随目标工况升高而缩短。     

涡轴发动机动力涡轮转子动力特性研究

应用有限元方法建立了某新型涡轴发动机动力涡轮转子动力特性的计算模型,对转子在不同情况下的动力特性——临界转速、振型和不平衡响应分别进行了系统的计算分析,得到了转子的前5阶临界转速、前5阶主振型和前两阶不平衡响应曲线,并计算了平衡卡箍对转子动力特性的影响。试验表明:计算模型能真实反映转子的动力特性。研究结果为转子的后续高速动平衡试验提供了参考和依据。