流体动压密封设计

基于有限元Matlab软件平台对流体动压密封进行了计算机数值仿真分析与计算,研究了流体动压密封动环对数螺旋槽半径和螺旋角与流体动压密封开启力和泄漏量之间的关系,得出了流体动压密封设计准则;通过激光打标工艺试验得出了激光打标刻蚀对数螺旋槽的工艺规范,采用该工艺规范加工出的对数螺旋槽动环满足设计要求。流体动压密封介质运转试验结果表明:流体动压密封有限元Matlab计算机数值仿真分析与计算是合理的,流体动压密封设计和工艺规范是正确和有效的。     

流体动压集装式机械密封的选型及应用

介绍了流体动压集装式机械密封的原理及应用,针对输油泵的工作环境和技术特点,设计出符合要求的流体动压型集装式机械密封,对端面动力槽进行了对比、选型,并进行了多种摩擦副材料配对试验验证,分析认为采用圆弧深槽方案可以有效地改善密封端面的润滑情况,使密封具有高的可靠性和好的密封性能。     

深度变推发动机浮动环工作适应性研究

按照我国载人航天登月需求,正在开展多次起动、10%~100%深度变推力80 k N液氧/甲烷发动机关键技术研究。氧涡轮泵作为发动机的核心组件,采用的浮动环密封变工况工作适应性将直接影响到涡轮泵工作的安全性和可靠性。依据发动机系统变推力要求,采用数值计算方法对浮动环密封进行不同推力工况、不同偏心率条件下的浮起力计算,并与一维方法计算的浮起阻力结果进行对比分析,确定全工况范围内一、二级浮动环工作时偏心率介于0.4~0.6之间,浮动环泄漏量约为2.58~39.4 g/s。浮动环在此偏心率范围内工作可靠性高,可以有效地避免浮动环碰磨、崩边,具备大范围变工况工作能力,满足涡轮泵安全性工作和发动机深度变推力工作要求,可以为涡轮泵方案论证及设计提供理论依据。     

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。     

面向涡轮泵端面密封性能要求的装配工艺研究

通过分析某型号液体火箭发动机涡轮泵端面密封装配质量及泄漏原因,提出一种面向端面密封性能要求的锁紧螺母静压锁紧技术,开发出轴端螺母间歇式递增拧紧的工艺方法。采用接触非线性有限元技术和弹性相互作用理论建立了涡轮泵锁紧螺母连接的有限元模型,研究涡轮泵轴端螺母锁紧方式、拧紧力矩大小与密封性能之间的关系,根据工况载荷下涡轮泵对密封性能的要求反求装配连接拧紧力矩大小。通过对该型号涡轮泵进行工艺试验研究,解决了端面密封泄漏量超差问题,端面密封一次装配成功率由原来的50%提高到90%,验证了该技术方法的可行性。     

液体火箭发动机旋转式唇形密封圈脱开转速计算

针对火箭发动机涡轮泵端面密封结构中旋转式唇形密封圈的“脱开式”密封特性,基于丁腈橡胶材料单轴拉伸试验数据,借助非线性有限元软件ABAQUS,建立了唇形密封圈的“解析刚体-超弹性体”组合有限元模型.计算了在过盈装配预紧力、弹簧径向力、燃料介质压力及旋转离心力作用下,密封圈的Von-mises应力分布及变形情况,根据密封圈接触状态转化,获得了密封圈的脱开转速区间.最后进行了唇形密封圈的水运转试验,提出了用于测量密封圈脱开转速的逆向测量方法,试验结果与计算结果吻合,从而验证了计算结果的正确性.     

低温非接触式端面密封参数优化与试验验证

针对液氧/煤油发动机使用的接触式端面密封存在端面温升大、重复使用性能不理想等问题,首先采用无限长平面平行槽的惠普尔理论构建非接触式端面密封计算模型,然后仿真计算密封结构参数对气膜刚度以及泄漏量等密封性能的影响,最后以最大气膜刚度为优化目标,对非接触端面密封结构参数进行优化设计.低温运转试验验证了优化结果的正确性和非接触式端面密封具有良好的重复使用性.     

燃烧室缝槽气膜冷却方案研究

针对超音速飞行器冲压发动机高马赫数、长航时的特点,结合工程计算方法和设计思想,建立了燃烧室缝槽气膜冷却过程一维计算模型,详细研究了各主要因素对气膜冷却效果的影响,并给出了某型冲压发动机高温燃烧室缝槽气膜冷却结构参考设计方案。结果表明,通过改善结构布局,合理分配缝隙冷气流量,可以有效地提高气膜冷却效果、降低壁温,适应高温燃气参数分布对隔热屏的热防护要求。     

考虑密封耦合效应的涡轮泵转子动力学特性

液体火箭发动机涡轮泵中,环形小间隙密封引入的刚度、阻尼系数会随转子运行转速发生变化,体现为弱耦合效应,进而对转子系统的动力学特性产生影响。为获得密封耦合效应对涡轮泵转子系统动力学特性的影响,基于有限单元法及矩阵运算方法推导了转子—密封耦合系统动力学方程,提出了考虑密封动力学系数随涡轮泵运行工况变化的耦合计算方法,获得了...     

高速涡轮泵多部件耦合转子系统动力行为

液体火箭发动机高速涡轮泵系统包含多道浮环密封、轴端机械密封、滚动轴承等微小间隙约束的摩擦学基础部件,间隙内流体与多部件的相互耦合作用效应会导致转子系统动力行为的演变,其机理研究成为整机朝着更高性能与极端化方向(高速、高压、低温/高温等)发展的理论指导基础。首先,构建了考虑流体膜厚方程、动态雷诺方程、介质属性方程以及支撑单元力平衡方程的机械密封热弹流模型和浮环密封动态性能分析模型;其次,耦合各摩擦学单元动态性能模型,发展了包含机械密封、浮环密封、滚动轴承、涡轮泵转子等多功能部件耦合的整机转子系统的动力特性分析模型;最后,采用数值方法实现了对上述多个模型的求解,获得了典型工况条件下的涡轮泵系统动力学行为演变规律。结果表明组合密封导致系统对临界特性影响较小,能导致瞬态响应增加和失稳转速降低。     

上面级发动机推力室喷管延伸段气膜冷却研究

上面级发动机采用四氧化二氮/偏二甲肼为推进剂,将涡轮排气引入推力室喷管气膜冷却喷管延伸段.仿真计算和热试车表明：推力室主燃气与涡轮排气压力在同一截面处相等,涡轮排气沿喷管延伸段壁面流动形成紧贴喷管壁面的气膜,对主燃气无扰动,对喷管延伸段起到冷却保护作用.推力室喷管延伸段传热计算值和热试车延伸段温度测量值吻合,排气集合器内压力基本均匀,满足工程应用需要.     

Al包覆层厚度对Al-NiTi复合垫片密封面压紧力影响的有限元分析

用ABAQUS分析了法兰连接中不同Al包覆层厚度下Al-NiTi复合垫片密封面压紧力的分布,并与同等加载条件下的NiTi垫片、金属石墨缠绕垫片进行了对比。结果表明,相比NiTi垫片,Al包覆层降低了密封面的压紧力,随包覆层厚度增加,降低幅度增加;包覆Al层后,垫片密封面压紧力沿径向分布呈现波纹起伏,随包覆层厚度增加,波动幅度增加;Al-NiTi复合垫片内外侧附近出现密封压紧力急剧上升的突变,且随垫片厚度减少,突变值增加,这有利于提高密封效果;Al包覆层厚度为0.2 mm时,密封面压紧力数值较为理想,甚至超过NiTi垫片和金属石墨缠绕垫片。     

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...     

弯曲载荷作用下舱段连接螺栓组载荷数值研究

鉴于工程计算方法对舱段间连接螺栓组在弯曲载荷作用下的受力问题较低的计算精度,采用有限元仿真方法研究了连接螺栓组的弯矩载荷和轴拉载荷的大小和分布规律,并进一步分析了舱段连接螺栓预紧力、螺栓数量、螺栓直径、螺栓分布圆直径及舱段法兰厚度对舱段连接螺栓组载荷的影响。结果表明,在舱段弯曲载荷作用下,螺栓的最大轴拉载荷是工程理论计算结果的1.45～2.53倍;在线弹性范围内,同时考虑螺栓轴拉载荷和弯矩载荷的最大等效轴拉载荷是工程理论计算结果的2.43～7.06倍;螺栓的弯矩载荷,显著增大了螺栓的最大应力;螺栓的最大轴拉载荷随着螺栓数量的减少、螺栓分布圆直径的减小而显著增大,其中螺栓直径大小、法兰厚度的影响较小;螺栓的最大弯矩载荷随着螺栓数量的减少、螺栓直径的增大、螺栓分布圆直径的减小、法兰厚度的减小而显著增大。     

陶瓷材料液体动压轴承中的切槽方法

陶瓷材料液体动压轴承中的切槽方法目前，在国外常使用ＹＡＧ激光法在硅合金和氧化铝陶瓷坯件上切槽。螺旋形槽彼此以给定的距离沿圆盘周围配置。在每个槽底会形成一层变形陶瓷，这是激光束在切割过程中熔化陶瓷产生的。激光射线为脉冲式的，其辐射强度（平均）为２７，１...     

液体火箭发动机氢燃料涡轮三维非定常流场数值研究

结合实际工程项目,对液体火箭发动机两级轴流氢燃料涡轮进行了三维非定常数值模拟。以动静叶排干涉、非定常叶片力和力矩为目标,对涡轮内部非定常流场进行了深入的研究分析,计算了涡轮性能曲线并与试验结果进行了对比。结果表明:所采用的计算方法可以很好地模拟涡轮内部的非定常流动现象,涡轮一级动叶叶片力和力矩的波动幅值分别达15.78%和17.31%。就涡轮效率而言,非定常与定常结果存在一定的差别,在偏离设计点工况,非定常结果比定常结果更加符合实际情况。     

涡轮泵联动试验调整计算及结果分析

节流圈计算、系统调整计算和涡轮特性分析是涡轮泵联动试验中的三个主要问题。其中调整计算确定了涡轮泵系统的工况,节流圈是工况实现的必要元件,涡轮特性分析是联试的主要目的之一。本文主要论述了发动机涡轮泵联试中这些问题的解决方法和分析程序。     

橡胶"O"形密封圈结构参数和失效准则研究

利用大变形、接触的非线性有限元理论建立了某固体火箭发动机密封结构的二维轴对称模型,用有限元软件计算出该结构在工作状态下的变形和应力。通过计算可知,在橡胶“O”形密封圈与上下法兰接触的位置产生最大的接触压应力,在密封槽槽口转角位置产生最大的剪切应力。对密封性能的各结构参数进行了分析,讨论了上下法兰张开间隙、初始压缩率、密封槽槽口及槽底倒角半径、密封槽宽、密封圈材料等典型参数的影响:上下法兰张开间隙、密封圈的初始压缩率对最大接触压应力的影响较大,而密封槽槽口和槽底处倒角半径对剪切应力影响明显。三维壳体结构的有限元分析结果表明,上下法兰在内压作用下产生不均匀的张开间隙,体现了三维结构的特点。不均匀的张开间隙与二维轴对称结果对比可知,以最小间隙作为设计间隙,二维轴对称分析模型可取代三维模型来分析该结构的密封性能。最后,确定了“O”形圈密封结构的最大接触应力和剪切应力失效准则。     

推力室头部最优气膜参数研究

为了获得影响氢氧火箭发动机推力室头部气膜冷却的最佳参数,针对气膜冷却多喷嘴气气燃烧推力室模型进行了三维数值模拟。数值模型采用了标准k-ε湍流模型、涡耗散概念模型分别模拟湍流及燃烧过程。采用正交试验法对不同气膜参数进行系统分析。结果表明:气膜的注入能够有效降低喷注器下游燃烧室壁面温度,且使推力室头部区域壁面温度分布更加均匀,同时对喷注器面也会起到一定热防护作用;气膜流量比对冷却效率和周向均匀性的影响较大,气膜槽缝结构的影响较小,选择合适的气膜流动参数和气膜槽缝结构参数,能达到周向更加均匀分布的气膜冷却效率;气膜的注入对于燃烧效率具有较大影响,相对而言,气膜槽缝结构因素的影响更大。研究结果可以为气膜冷却设计提供参考。     

亚轨道再入返回段高度上边界技术研究

针对重复使用运载器(RLV)亚轨道再入返回过程中动压、过载等约束条件对飞行安全的不利影响,通过分析质点动力学方程,提出亚轨道再入返回段RLV存在高度上边界并给出两种求解高度上边界的计算方法。高度上边界反映了亚轨道再入返回段的制导能力,它对总体决策和控制系统具有重要意义,RLV上升段的最终高度也必须限制在这个高度之下。分析和仿真结果表明,求解高度上边界的两种方法具有一定的鲁棒性和工程实用性。〖JP〗