高压补燃液氧/煤油发动机弹性金属密封技术探讨

讨论了弹性金属密封的弹塑性密封机理,回顾了国内外低温液体火箭发动机弹性金属密封技术的发展历程。结合高压补燃液氧/煤油发动机的工作特点,分析了发动机管路静密封所采用的Э形弹性金属密封、K形弹性金属密封、碟形弹性金属密封以及软金属密封的密封特性,从密封结构设计、密封材料选择、预紧载荷控制以及加工制造工艺四个方面总结并提出了影响高压补燃液氧/煤油发动机弹性金属密封性能的技术要点。针对当前国内高压补燃液氧/煤油发动机弹性金属密封的理论研究及工程应用现状,建议加强弹性金属密封技术的基础理论研究,完善弹性金属密封的结构设计方法并进行相应的预紧力偏差设计研究。     

直角滑环式组合型金属橡胶密封件的密封机理及应用研究

针对具体的需求背景，将金属橡胶技术成功的应用于密封结构中。对金属橡胶与聚四氟乙烯组合型密封环的结构设计、制备工艺、主要影响参数、密封性能及模拟试验等进行了系统研究。分析了聚四氟乙烯的表面质量及金属橡胶元件的性能对组合型密封环密封性能的影响。推导了组合型密封环的压缩变形量及接触压力的计算公式。研究结果表明，金属橡胶与聚四氟乙烯组合型密封环的尺寸稳定性及密封性能，完全满足实际工况提出的性能指标要求，其泄漏量是实际工况要求的十分之一。研究结果对利用金属橡胶技术解决空间环境下的密封问题具有重要的参考价值。     

自紧式K形金属密封组件密封特性研究

K形金属密封是液氧/煤油发动机液氧管路系统中经常使用的金属密封结构,其密封性能关系着发动机能否可靠工作.针对自紧式K形金属密封组件,采用非线性有限元方法,基于局部理想粗糙度等效简化,研究了密封机理.仿真结果再现了密封接触面的形成模式,论证了“压力自紧式”密封特征和可重复使用特性,并以密封接触面积和平均接触应力为指标,获得了密封性能与拧紧力矩的敏感性关系.     

高压补燃发动机э形弹性金属密封机理研究

э形弹性金属密封是一种适用于大通径、低温、高压密封环境的金属密封结构,已成功应用于高压补燃液氧/煤油发动机液氧管路密封。针对100吨级高压补燃发动机中的э形弹性金属密封,建立了其非线性有限元弹塑性分析模型,基于ABAQUS 6.10进行了仿真计算,得到了4个密封面的接触面积和接触应力随预紧载荷的变化规律,确定了各密封面形成的先后顺序。对于密封机理的研究结果表明,э形环刚度过大是造成э形密封装配困难的根本原因。     

地外天体固体样品封装技术综述

采样返回任务是目前地外天体探测中重点发展的航天技术领域,针对样品容器密封失效导致样品被污染的问题,文章总结了20世纪以来国内外地外天体样品封装技术的研究进展和成果。重点从密封和封装机构两项封装核心技术对地外天体样品封装进行了综述,并对目前应用较为广泛的橡胶圈密封、金属挤压密封、爆炸焊接和钎焊焊接等密封技术进行了对比分析,最后对我国地外天体样品封装技术的发展趋势进行了展望。     

液氧煤油发动机碟形金属密封特性

碟形金属密封是一种精密的封闭式密封结构,在预紧过程和工作过程中表现出强烈的非线性特征,采用试验手段或者线性有限元方法无法对其密封特性进行直观量化研究。为了解决该问题,以1 200 kN推力液氧煤油发动机中的一种小直径碟形金属密封结构为研究对象,采用非线性弹塑性有限元仿真计算方法,分析了密封结构轴向压缩量、各密封面的密封面积及密封应力随加载载荷的变化规律,研究了碟形密封结构的密封机理和轴向刚度特性。分析结果表明:预紧载荷作用后4个密封面均形成密封面积和密封应力,预紧状态下碟形环发生"S"形变形并出现失稳现象,介质的压力载荷和温度载荷造成各密封面的密封性能下降。     

液氧泵机械密封用金属波纹管设计研究

分析研究了液氧泵机械密封用金属波纹管在常温条件下轴向拉伸变形与金属波纹管自由高度和密封摩擦功耗之间的关系,在此基础上,研究归纳出了液氧泵机械密封用金属波纹管设计规范,采用该规范设计生产的金属波纹管已用于液氧/煤油发动机,该发动机已通过地面热试车考核.     

先进发动机低泄漏、长寿命密封

汽轮机中气路间隙的密封使用金属纤维为基体的密封装置。压气机纤维金属摩擦环,是由杂乱排列的 Hastelloy X 合金纤细纤维烧结在一起的。纤维状金属密封件具有可研磨性、耐腐蚀性、泄漏控制和耐高温性。这种密封件用独特的成型、钎焊制造工艺加工成垫圈,再用机械加工的方法加工成型。陶瓷密封件由钎焊在一个基体上的沿金属纤维低膨胀率的物体制成,在它上面涂了一层具有磨损裕度的氧化锆热阻层。这个元件含有减小残余应力的陶瓷涂层,涂层具有良好的绝缘性能和工程性能。深层的工艺过程必须仔细加以控制。刷式密封为防止气体沿传动轴的轴向泄漏提供了一种有效的密封方法。陶瓷刷式密封件和密封试验装置正在研究中。     

深空样品密封技术综述

文章首先介绍了美国"阿波罗"计划中月球样品密封所使用的密封结构与材料,以及火星采样返回任务中对样品密封的技术方案和研究情况。然后,针对我国探月工程三期的样品密封要求,分析了多种密封材料和结构,包括铟银合金作为软金属用于刀口挤压的密封结构、自动钎焊密封装置和爆炸焊接密封装置;同时,简单地介绍了目前国内深空样品密封技术研究与试验工作。最后,针对上述密封结构和密封材料,结合我国探月工程的要求,提出了优化研究方向。这些跟踪研究结果可为我国深空样品密封技术的发展提供参考。     

一种新型深空探测样品封装技术

对样品进行真空封装是深空探测取样及返回任务中的一项核心技术,它能够成功维持样品成分原态。文章提出了一种能够符合我国深空探测任务的样品封装技术,其封装机构由复合式开合机构及火工锁紧机构组成,是一种极低漏率、高可靠的多层金属真空密封容器。通过对这种复合式开合机构和火工锁紧机构的特性方程的推导,对多层金属真空密封的材料匹配等机理的分析,确认这种新型的样品封装技术的原理是正确和可行的。最后对原理样机的性能进行了验证,结果表明:封装机构的体积小、功耗低、可靠性高,样机的密封性能良好,设计具有创新性及工程实用性。     

径向密封设计及预紧力分析

主要描述了航天器结构设计中所采用的三种径向密封结构形式以及密封力的计算方法。在密封容器内压作用下,控制密封法兰两螺栓间的挠度变形,使两螺栓间法兰的间隙不大于0.1～0.2mm,从而达到满意的密封效果。同时,在密封实施过程中通过控制连接螺栓的拧紧力矩来确保密封法兰间的压紧力,通过紧固件的防松处理,提高法兰连接的可靠性。     

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。     

膜盒式机械密封阻尼设计研究

针对膜盒式机械密封膜盒存在疲劳裂纹的问题,以焊接膜盒为研究对象,在分析研究机械密封动力学模型的基础之上,提出了用增加阻尼来提高膜盒抗疲劳裂纹能力的方法,并给出了膜盒式机械密封阻尼设计规范,带阻尼的膜盒式机械密封通过了模态、振动试验和发动机热试车考核,并已应用到发动机的设计中。     

压力对膜盒式端面密封平衡直径的影响

膜盒式端面密封在低温液体火箭发动机涡轮泵中有着广泛的应用,作为直接影响密封工作稳定性及涡轮泵工作可靠性的重要参数,端面比压、膜盒平衡直径等如何选取一直是密封设计的重要工作.以某型低温液体火箭发动机涡轮泵的膜盒式端面密封为研究对象,研究压缩量、工作压力对膜盒应力分布、平衡直径、载荷系数和端面比压的影响.应用有限元法建立了...     

金属密封件镀金工艺研究

介绍了金属密封件镀金工艺技术,该工艺采用亚硫酸盐镀金方案,以单脉冲电源为镀覆电源,以预镀镍层为中间镀层来制备金镀层,得到了结晶细致、厚度均匀并与基体上结合牢固的金镀层.研究了金镀层的沉积速率和结合强度,观察了镀层的表面形貌和组织结构,进行了金属密封件气密性试验和典型试验.结果表明：金属密封件金镀层的技术性能指标满足设计要求,能够应用于液体火箭发动机中,该发动机已通过地面热试车考核.     

纤维缠绕体连接结构设计计算

给出了固体箭发动机纤维缠绕体接头，堵盖，连接螺栓，金属裙和密封结构等的设计计算方法，经实验验证和多种壳体设计应用，证明是行之有效的。     

火箭涡轮泵机械密封研究综述

机械密封作为一种适合在苛刻工况下使用的轴封形式,在火箭各类涡轮泵中得到了广泛应用。涡轮泵的特殊性给机械密封的应用带来了一系列问题。对火箭涡轮泵机械密封方面的研究概况进行简述。首先从高速旋转轴系中的机械密封动力学方面,介绍了高速工况下轴系与机械密封的耦合关系和机械密封主动控制的尝试;然后对火箭涡轮泵机械密封中的摩擦磨损与润滑问题进行了介绍,涉及高速摩擦磨损下的可靠性、热力耦合与变形问题、材料配副、流体膜形成机理与端面几何特征优化等各方面问题;最后介绍了涡轮泵带压长期贮存的工作特点造成的静态慢渗问题。     

航天器高温热密封设计方法及性能评价

针对先进航天器高温热密封设计领域缺乏系统的设计方法及性能评价准则的现状,基于飞行器热密封设计基本原理,通过理论分析及设计流程优化,设计并开展了高温热失重试验、高温压缩/回弹试验、高温摩擦/磨损试验、冲击和反复加载试验以及高温缝隙泄漏试验,获得了典型密封结构与密封材料的基本性能参数,并提出系统的高温热密封性能评价方法。在此基础上,利用电弧射流平台,对典型连接位置以及某折叠翼热密封设计方案的有效性进行了验证与性能评价,相关成果可为航天器高温热密封设计及性能评价提供理论基础与试验数据 支撑 。     

高空发动机燃料主管路防热罩设计优化

针对火箭飞行工作中高空发动机燃料主管路系统防热罩存在热防护能力不足的问题,开展了高空羽流条件下的仿真计算和分析,依据温度计算值确定了防热罩紧固件在高温下抗拉伸强度低,在较高拧紧力矩条件下存在锌、镉脆断裂的薄弱环节,从而导致防热罩脱落。防热罩脱落后其内充填的隔热包覆材料被羽流吹落,燃料主汽蚀管连接法兰直接暴露在高温羽流环境中,高温导致法兰连接及密封失效从而产生燃料泄漏。针对防热罩热防护设计中存在的薄弱环节完成了设计改进,采用头锥形防热罩、高温合金材料的紧固件和多层耐高温隔热材料捆扎包覆等设计改进方案后,经过了高温、振动、地面发动机热试车和飞行试验验证,未出现前述故障。