涡轮泵密封对转子动力特性的影响

某火箭发动机的氢涡轮泵存在异常振动问题,其原因是涡轮泵使用的迷宫密封对泵的转子系统稳定性产生了影响。为解决振动问题,建立转子系统模型,利用CFD软件获得密封和诱导轮动力特性系数,代入转子系统模型后提取转子系统对数衰减率,研究迷宫密封的各项参数和诱导轮对涡轮泵运行稳定性的影响规律,并分析采用孔型阻尼密封代替迷宫密封对转子系统稳定性的影响。结果表明:对于迷宫密封,采用较小的偏心率、较大的密封间隙、适宜齿厚和较多的齿数时,转子系统可获得比较大的对数衰减率,但仍不满足API617标准中对数衰减率大于0. 1的要求,而采用孔型阻尼密封代替迷宫密封能满足API617标准的要求,大大提高了转子系统的运行稳定性。同时研究表明,系统中的诱导轮对涡轮泵的稳定运行有负面影响。     

N2O4环境下液体火箭发动机涡轮泵机械密封浸渍石墨的磨损机理研究

针对液体火箭发动机涡轮泵机械密封浸渍石墨在N_2O_4环境下磨损量较大的现象,以宏观试验与微观检测相结合的方法探索其产生的机理。对机械密封石墨的磨损表面进行了电镜观测,根据磨损形貌对正常磨损区与异常磨损区进行了区分,并对异常磨损的诱因进行了假设。提出了石墨表面的树脂腐蚀模型与孔隙气蚀模型,设置了包含静态腐蚀及动态磨损的试验流程以验证树脂腐蚀和孔隙气蚀的作用结果,分别在水及N_2O_4环境下进行试验,并通过扫描电镜及红外光谱分析等手段观测了试验前后石墨表面的微观组织变化,介质试验后气孔平均直径为33μm,为试验前的2倍。研究结果表明:N_2O_4环境并不会造成石墨浸渍物酚醛树脂的腐蚀,造成石墨磨损量较大的诱因是气相N_2O_4在石墨表面孔隙内部破裂导致的气蚀,气蚀后石墨的磨损可达数十微米量级。针对减少浸渍石墨的气蚀,给出了3项制备工艺的改进措施。本文的研究成果也可为其他高速旋转机械的机械密封石墨磨损研究及选材提供参考。     

液体火箭发动机氢、氧涡轮泵支撑结构分析

利用有限元法对某火箭发动机氢、氧涡轮泵的支撑结构进行了分析，获得了外载荷在氢、氧涡轮泵上、下支撑中力的分配比例关系；得到了推力室和氢、氧涡轮泵及其支撑结构的应力、变形分布；并通过调整推力室材料常数的方法，模拟了推力室的温度变化对氢、氧涡轮泵支撑结构的影响。     

液氢中球轴承和环形密封的超高速性能

未来空间传输系统需要以轻质量、高性能为特点的先进液氢／液氧火箭发动机以减少发射成本和提高效率。为了实现这种发动机，需要使用高压高速涡轮泵，这种涡轮泵可以给燃烧室提供低温液影液氢燃料。涡轮泵的转子转速受到轴承如值的限制（如值等于轴承内径（mm）与旋转速度（r／min）的乘积）。     

离心压缩机蜂窝阻尼密封动力特性及转子稳定性*

新一代蜂窝阻尼密封在提升透平机械转子稳定性方面有优越的表现,其动力特性是评价转子稳定性的重要参数。应用非定常动网格技术和多频涡动模型,研究蜂窝密封动特性系数随转子涡动频率的变化规律,并与迷宫密封进行对比。结果表明：蜂窝密封动特性受转子涡动频率影响较大,直接刚度系数和交叉阻尼系数随涡动频率增大而增大,交叉刚度和直接阻尼系数随涡动频率增大而减小;迷宫密封动特性系数随涡动频率变化特征不明显;在低频率区蜂窝密封的有效阻尼远高于迷宫密封。在实际压缩机转子上的应用结果表明,蜂窝密封能显著提升转子稳定性。     

航天飞机主发动机涡轮泵轴承的润滑

航天飞机由安装在尾部的三个助推器和两个固体火箭发动机推动进入轨道。固体火箭发动机脱离后助推器仍然工作。助推器的主要部分是四个提供燃料的涡轮泵。涡轮泵以极高的速度旋转，这对轴承润滑十分不利，涡轮泵包含一根由球轴承和滚子轴承支承的轴。轴两端各有一个泵叶轮和涡轮盘。如果轴承不能承受载荷，没有足够的刚度和耐磨性，涡轮泵内的旋转部件就会产生磨损，后果不堪设想。     

基于PCE法的某涡轮泵转子动力学特性不确定性分析

为解决某火箭发动机涡轮泵转子动力学建模中存在的参数不确定性问题,采用PCE法对连接刚度的不确定性问题进行研究。建立转子系统的有限元模型,与确定的模态试验结果进行对比,前两阶的模态频率误差不超过4%。采用PCE法建立局部连接刚度含不确定性参数的动力学模型,研究连接刚度为服从高斯分布的随机变量时引起的转子动力学特性的不确定性。将结果与基准解进行对比分析,验证了该方法的有效性。     

内燃机曲轴-轴承系统曲轴变形引起的轴承润滑状态变化对曲轴强度的影响

在计及曲轴变形的轴承润滑分析的基础上,应用得到的轴承油膜压力分布作为载荷边界条件计算曲轴应力和强度,以分析目前曲轴强度计算中作用在轴颈上的载荷普遍采用假设的轴承油膜压力分布形式对结果精度的影响。计算中采用整体曲轴梁单元法计算曲轴变形和轴承负荷,采用动力学法进行曲轴轴承的润滑分析,应用有限元法计算曲轴应力。结果表明,计及曲轴受载变形的影响时,轴承油膜压力产生偏布且最大油膜压力明显增加,导致曲轴轴颈过渡圆角表面局部区域的应力数值明显增大,曲轴安全系数减小。因此为使曲轴设计更加合理、更接近实际,曲轴强度计算时应取曲轴—轴承系统为研究对象,根据轴承润滑分析实际计算结果,确定作用在曲轴轴颈上的载荷分布。     

齿轮系统动态传递误差和振动稳定性的数值研究

建立了计及轮齿时变啮合刚度、啮合阻尼、支承刚度和阻尼的齿轮系统扭转-横向振动耦合的3自由度动力学模型。用数值仿真方法,研究了重合度、支承刚度、啮合阻尼和支承阻尼对齿轮动态传递误差和动力稳定性的影响。研究结论对于高速、精密齿轮传动的动力学设计具有积极意义。     

基于改进型蚁群算法的内燃机配气凸轮机构型线动力学优化设计

针对内燃机配气机构工作时的振动、冲击和噪声问题,建立内燃机配气凸轮机构型线的动力学数学模型。对蚁群算法在内燃机配气凸轮机构型线参数优化设计进行详细分析,并对蚁群算法存在的容易陷入局部解问题,将蚁群算法和遗传算法进行有效地结合,使得改进后的蚁群算法能够高效率地对内燃机配气凸轮机构型线参数进行优化设计：运用改进型蚁群算法和Matlab语言,对内燃机配气凸轮机构型线数学模型进行仿真优化计算,与原设计相比,仿真结果表明,丰满系数提高,动态最大正加速度在上升段降低,在下降段增加,动态最大负加速度降低,使得系统动态速度和动态加速度趋于平稳,有效地减少了内燃机配气机构的冲击振动,提高了内燃机的动力性能。