为获得超高速涡轮泵中超音速喷嘴流出系数随其入口收敛角、喉部直径等几何结构参数的变化规律,采用ANSYS CFD仿真分析工具,以氦气为工质,给定喷嘴入口总压11 MPa、总温300 K、排气背压0.105 MPa,对3种特定喉径的喷嘴分别在7种入口收敛角度下的流场进行仿真分析,获得其压力场、速度场分布及氦气质量流量,并将其与理论质量流量比较,得出喷嘴流出系数。3种特定的喉径分别为2,5,10 mm,7种入口收敛角分别为30°,45°,60°,90°,120°,150°,180°。结果表明喷嘴流出系数随入口收敛角的增加而降低,随喉径的增大而增加,在2 mm喉径下流出系数最低为83.9%,在10 mm喉径下流出系数最高为99.1%,对后续设计超高速涡轮泵喷嘴结构形式具有指导作用。

针对火箭发动机涡轮泵螺旋槽机械密封低黏润滑及快速启动的工况,展开动、静环脱开转速nt的计算和试验研究。引入表面粗糙度判据,建立了nt的理论分析模型;计算分析了载荷W、槽深hg及介质黏度μ等因素影响下,机械密封升速过程中润滑膜厚度h和nt的变化规律;在试验台架上进行了机械密封的升速试验,根据试验数据对nt进行了判断分析。研究结果表明:W由5 kN提升至10 kN后,nt增加了76.5%,hg由5μm增加到15μm后,nt增加了143.9%,采用水作为润滑剂时的nt分别是采用液氢和煤油时的4.0倍和2.1倍;以试验数据Q和T判断得到的nt与理论分析结果相差较大,以P判断得到的nt与理论分析结果相差较小,以F判断得到的nt与理论分析数据吻合,可采用P和F作为在试验中测试nt的判据。

为了分析螺旋槽机械密封在气液两相润滑工况下的性能,采用液氮模拟涡轮泵的低黏介质润滑环境,获得了不同试验条件下液氮在两相中的比例k。引入气液时变混合因子λ,建立了λ与两相介质混合密度ρ和混合黏度μ的关系。给出了螺旋槽机械密封的气液两相量润滑计算模型,计算得到了两相润滑时机械密封的开启力F和泄漏量Q,并和试验结果进行了对比,在150~190 s时添加时变混合因子计算方法计算出的开启力和泄漏量较实测数据平均误差分别为6.71%和4.32%。结果表明:考虑两相影响的开启力和泄漏量计算值均小于不考虑两相影响的计算值,且端面液膜气化降低开启力的同时也减小了泄漏量。气液两相量润滑计算模型增加了螺旋槽机械密封性能计算的准确性,研究结果可为两相工况下的机械密封设计及性能优化提供参考。

液体火箭发动机涡轮泵在现代航天技术中扮演着极其重要的角色,它的密封组件更是发挥了极大的功效,确保了发动机的高效运行,从而提高了整体的可靠性。然而,随着液压系统和涡轮泵的发展以及对密封性能的要求不断提高,其密封组件的设计也变得愈发复杂。因此,研究液体火箭发动机涡轮泵密封组件的静态力学特性具有重要意义。本文旨在深入探讨液体火箭发动机涡轮泵密封部件的静力学行为及其影响因素。

以超高速涡轮泵用机械密封为研究对象,针对超高速工况下密封界面多场耦合变形行为和热弹流润滑特性不明等问题,建立密封动静环和润滑液膜的耦合数学模型,研究不同转速和密封压力下的密封界面润滑特性和端面变形行为,分析相应的密封性能变化规律。结果表明:超高速工况下密封端面产生沿泄漏方向收敛的液膜间隙,密封动环的高温热变形是主因;随密封压力的增大,液膜间隙的收敛角减小,最大膜厚和泄漏率增大,端面温升明显减小;随着转速的增大,液膜间隙的收敛角、端面温升和泄漏率增大,摩擦扭矩减小。建立的流固热力耦合模型可为超高速涡轮泵用机械密封端面的优化设计提供理论指导。

液氧动压密封性能对液氧涡轮泵的工作效率及稳定性有很大的影响,为了研究不同工况下机械密封液膜的相变和密封性能,建立端面液膜汽化相变数值计算模型,分析液膜汽化的相变程度、相变区域分布和液膜汽化相变对泵开启力和泄漏量的影响。结果表明:工况参数对液膜的汽化相变有着一定程度的影响,随着动环转速、介质压力的增加,相变被抑制且最大相变体积分数发生在压力出口处且范围逐渐减小,最大相变压力逐渐增加,开启力和泄漏量不断增大;介质温度升高会促进相变的发生,最大相变体积分数发生在压力出口处且范围逐渐增加,最大相变压力不断减小,开启力和泄漏量不断减小。液膜的汽化相变会对密封性能产生直接的影响,合理选择密封工况,可有效利用和控制相变,提高密封性能。

从辅助密封圈的预接触压力和接触压力、机械密封端面静态力平衡分析、摩擦副温度场和应力场分析3个方面,研究了某火箭发射时涡轮泵排气背压的增大对机械密封工作性能的影响,并得出了机械密封满足火箭发射使用要求的结论。

采用检测气体压力的方法，研究一种针对涡轮泵泄漏现象进行故障诊断的系统，采用小波方法对检测到的压力参数进行去噪，用泵的液体压力脉动信号进行解调，通过气压信号的缓变量以发现涡轮泵是否存在泄漏。研究结果表明，利用气体压力信息实现涡轮泵泄漏的及时检测是可行的。

针对于液体火箭发动机研究一种新型磁传动密封涡轮泵的原理利用磁超距特性化动密封为静密封可以实现零泄漏有望解决涡轮泵最常见和极其危险的泄漏故障从而提高火箭发射的可靠性.

针对液体火箭发动机涡轮泵故障诊断中出现的多故障分类问题，为提高支持向量机学习机器的分类性能，提出了一种基于遗传算法的支持向量机参数优化算法，利用遗传算法的全局搜索性能对核参数进行了优化。结果表明，遗传算法能够加速支持向量机参数的优化搜索，所建模型对含有较强的噪音背景的故障样本进行了很好的分类诊断，表现出了很好的抗噪和分类能力。