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考虑键相丢失的二重逐点Vold-Kalman滤波涡轮泵故障诊断 被引量:1
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作者 王帅 孙若斌 +2 位作者 翟智 马猛 陈雪峰 《振动与冲击》 北大核心 2025年第3期210-220,229,共12页
液体火箭发动机涡轮泵在高转速、高温度梯度、高压的非平稳工况下极易发生故障。Vold-Kalman滤波方法能够从复杂时变振动信号中检测出涡轮泵转子故障,但由于涡轮泵振动传递路径复杂,该方法依赖于所采集振动信号的载波的高采样率高精度... 液体火箭发动机涡轮泵在高转速、高温度梯度、高压的非平稳工况下极易发生故障。Vold-Kalman滤波方法能够从复杂时变振动信号中检测出涡轮泵转子故障,但由于涡轮泵振动传递路径复杂,该方法依赖于所采集振动信号的载波的高采样率高精度的相位信息,在键相信号丢失和采样频率低(一圈一个脉冲)的实际应用场景下存在故障检测精度偏低的问题;且Vold-Kalman滤波使用批量式优化的方法,求解缓慢,无法在箭载计算机上实现在线检测故障。针对上述两个问题,为实现毫秒级的涡轮泵故障实时诊断,提出了一种滤波诊断方法——二重逐点Vold-Kalman滤波器(double point-wise Vold-Kalman filter,DPVKF)。DPVKF首先建立各阶次分量状态转移和状态观测的时变线性高斯模型;然后,从低精度的转速脉冲和振动信号中准确重构相应载波的高精度瞬变相位;随后,在重构相位的指导下,得到各阶次复包络的最优线性无偏估计;最终,在复杂激励干扰下提取到涡轮泵转子的故障特征。故障模拟试验和某型号涡轮泵低温轴承运转试验表明,提出的方法可实现高实时性、高可靠性的涡轮泵转子故障诊断。 展开更多
关键词 二重逐点Vold-Kalman滤波(DPVKF) 键相信号丢失 涡轮泵 故障诊断
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液体火箭发动机涡轮泵浮动环密封泄漏特性修正方法
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作者 王珏 窦唯 +2 位作者 姜绪强 金志磊 林奇燕 《宇航学报》 北大核心 2025年第4期722-730,共9页
为了更精确计算浮动环密封泄漏特性的变化规律,结合建立的浮动密封环间隙内流体瞬态流动模型和搭建大压差高速涡轮泵浮动环密封特性试验台,基于泄漏量均方根误差最小优化目标,采用梯度下降法寻找最优修正系数,构建一种涡轮泵浮动环泄漏... 为了更精确计算浮动环密封泄漏特性的变化规律,结合建立的浮动密封环间隙内流体瞬态流动模型和搭建大压差高速涡轮泵浮动环密封特性试验台,基于泄漏量均方根误差最小优化目标,采用梯度下降法寻找最优修正系数,构建一种涡轮泵浮动环泄漏量修正方法,并采用案例验证该方法的准确性。结果表明,提出的泄漏量修正方法具有高效与高精度的特点,以0.11 mm间隙浮动环为例,数值计算泄漏量与试验值最大误差由7.41%降低为1.42%,仅需几个浮动环泄漏量试验测试数据,即可获得较精确的全工况的泄漏量数据。该方法可以用于指导液体火箭发动机涡轮泵密封环设计,确保更精确计算发动机工作效率。 展开更多
关键词 液体火箭发动机涡轮泵 浮动环密封 泄漏特性 试验研究
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基于临界转速避开率的涡轮泵转子系统可靠性快速评估
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作者 王珏 窦唯 +1 位作者 姜绪强 金志磊 《宇航学报》 北大核心 2025年第3期580-588,共9页
涡轮泵转子系统中的浮动环密封,非连续转子结构等部件的力学特性计算复杂度较大,不利于转子系统可靠度的快速评估。提出将转子转速、浮动环密封长度和间隙、浮动环密封压差、预旋系数以及轴系不同位置处的拧紧力矩等参数作为Kriging模... 涡轮泵转子系统中的浮动环密封,非连续转子结构等部件的力学特性计算复杂度较大,不利于转子系统可靠度的快速评估。提出将转子转速、浮动环密封长度和间隙、浮动环密封压差、预旋系数以及轴系不同位置处的拧紧力矩等参数作为Kriging模型的输入变量,经过训练得到浮动环密封动力学系数及轴系等效弹性模量的概率分布及转子系统代理模型,并基于应力-强度干涉理论建立考虑临界转速避开率的可靠度计算方法,实现复杂非线性转子系统可靠度的快速评估。 展开更多
关键词 涡轮泵 转子振动 可靠性 Kriging代理模型 强度干涉理论
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火箭发动机涡轮泵振动信号的广义循环平稳诊断方法研究
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作者 陈晖 任鸿飞 孙若斌 《振动工程学报》 北大核心 2025年第6期1145-1153,共9页
液体火箭发动机涡轮泵在强非平稳工况下运行,导致传统振动信号分析方法难以有效提取故障特征。为应对这一挑战,本文扩展了循环平稳随机信号模型,构建了广义循环平稳分析理论框架,既保留了循环平稳方法在故障诊断中的优势,又拓展了其在... 液体火箭发动机涡轮泵在强非平稳工况下运行,导致传统振动信号分析方法难以有效提取故障特征。为应对这一挑战,本文扩展了循环平稳随机信号模型,构建了广义循环平稳分析理论框架,既保留了循环平稳方法在故障诊断中的优势,又拓展了其在非平稳工况下的适用范围。围绕振动信号模型、故障特征提取以及表征三个方面,提出了一种服务于火箭涡轮泵故障诊断的广义循环平稳分析框架。通过火箭涡轮泵超低温轴承运转试验以及离心泵空化故障特征模拟试验,验证所建立的理论体系的优越性和有效性。结果表明:旋转机械的振动信号可视为时间翘曲的近似循环平稳过程,并可进一步转化为调制循环信号;在火箭涡轮泵超低温轴承运转试验中,运用所提出的盲自适应循环非平稳信号提取方法获取故障特征信号,在其阶次-频率谱相关图中能够清楚地检测到与保持架相对外圈频率(0.42Hz)和滚动体通过外圈频率(5.08 Hz)对应的谱线;在离心泵空化故障特征模拟试验中,所提出的高精度重排谱相关估计技术加强了谱相关图关于泵叶片通过频率(197Hz)的定位性能,并且随着空化程度的增加,在大量噪声的情况下仍然能够识别故障特征。 展开更多
关键词 故障诊断 涡轮泵 循环平稳 时间翘曲 特征提取
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液体火箭发动机涡轮泵振动问题研究现状及展望
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作者 王珏 窦唯 +1 位作者 杜家磊 金志磊 《推进技术》 北大核心 2025年第4期14-29,共16页
涡轮泵作为液体火箭发动机的核心高速旋转增压组件,其振动特性研究涉及多学科交叉领域,涵盖流体力学、结构力学、转子动力学及热力学等。本文系统梳理了涡轮泵振动问题的研究进展,从结构激振、流体激振和耦合振动三个维度展开论述:在结... 涡轮泵作为液体火箭发动机的核心高速旋转增压组件,其振动特性研究涉及多学科交叉领域,涵盖流体力学、结构力学、转子动力学及热力学等。本文系统梳理了涡轮泵振动问题的研究进展,从结构激振、流体激振和耦合振动三个维度展开论述:在结构激振方面,重点探讨了转子不平衡、动静碰摩、轴系松动及内摩擦等典型问题,在流体激振方面,深入分析了动静干涉流体激振、喘振、空化等;在耦合振动方面,主要讨论了密封-转子耦合、涡轮颤振等多物理场耦合问题。针对大推力可重复使用发动机的研制,指出需要在振动引起的涡轮泵关键构件动应力与疲劳寿命关系,涡轮泵大幅偏离设计工况引起的流体激振问题,多因素耦合建模分析和振动的主动控制三方面加强涡轮泵振动问题研究,以适应发动机大范围变工况、高可靠和长寿命工作要求。 展开更多
关键词 液体火箭发动机 涡轮泵 结构激振 流体激振 耦合振动 综述
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涡轮泵动静压混合式密封端面变形及性能研究
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作者 郑娆 张江腾 +4 位作者 刘志远 刘安 陈凯放 胡鼎国 李双喜 《推进技术》 北大核心 2025年第6期101-114,共14页
动静压混合式气体隔离密封以其抗干扰能力强、耗气量低、工况范围宽的特性,成为大推力液体火箭发动机涡轮泵隔离密封的新发展方向。考虑动静压混合密封实际运行中复杂工况的影响,建立了流固热耦合分析模型,探究了不同供气压力、气膜厚... 动静压混合式气体隔离密封以其抗干扰能力强、耗气量低、工况范围宽的特性,成为大推力液体火箭发动机涡轮泵隔离密封的新发展方向。考虑动静压混合密封实际运行中复杂工况的影响,建立了流固热耦合分析模型,探究了不同供气压力、气膜厚度及工作转速下密封端面变形和密封性能的变化规律,并通过试验验证了仿真模型的正确性。研究结果表明:动压效应的引入显著拓宽了密封的工作范围,不仅在一定程度上降低了密封端面相对变形量,使密封组合变形量仅占端面平均气膜厚度的7%,还使密封在4μm的小气膜厚度具备了最大的开启力和气膜刚度,从而提升了密封装置在高转速、低压力及小气膜厚度等极端工况下的运转稳定性;此外,隔离气耗气量主要受到工况压力变化的影响,密封在低压力工况下运行时可大大减小耗气量。试验结果表明,密封耗气量与仿真值高度吻合,在不同工况条件下密封均保持了非接触的稳定运转状态。 展开更多
关键词 液体火箭发动机 涡轮泵 动静压混合密封 流固热耦合 端面变形 密封性能 耗气量
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考虑热效应的液氧涡轮泵液封轮内流特性分析
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作者 王凯 徐敬畏 +4 位作者 赵四维 庄宿国 许开富 陈晖 刘厚林 《推进技术》 北大核心 2025年第5期92-106,共15页
液体火箭发动机液氧涡轮泵在运行过程中时常发生空化现象,复杂的空化流动对液封轮的密封性能造成影响。因此,本文在考虑热力学效应空化模型的基础上,从内部流动的角度深入分析了液氧涡轮泵首级液封轮密封性能和低温空化特性。研究表明:... 液体火箭发动机液氧涡轮泵在运行过程中时常发生空化现象,复杂的空化流动对液封轮的密封性能造成影响。因此,本文在考虑热力学效应空化模型的基础上,从内部流动的角度深入分析了液氧涡轮泵首级液封轮密封性能和低温空化特性。研究表明:与工作介质为液氮的试验结果相比,监测点的温度及压力的最大计算偏差分别为2.17%和6.13%;空化过程中伴随的离心效应促使液封轮后腔内形成汽相,有效抑制了泄漏;在入口压力为2.0 MPa,2.5 MPa,3.0 MPa时,相对于液相条件下的泄漏工况,泄漏流量分别减少了37.12%,46.31%和44.32%;尽管空化有助于减少泄漏,但相较于理想的液相环境,整体的封压能力仍有所下降;泄漏不明显时,汽相会在压力侧形成强烈的诱导涡(IV),而液相则主导产生前向台阶涡(FFSV);泄漏严重时,空化主要集中在槽形结构内部,形成后相台阶涡(BFSV),同时在结构外侧间隙可见片状空化;液封轮内空化主要有槽内空化和外侧间隙的附着空化两种类型;当入口压力较低时,槽内外形成环形的汽液界面,有效阻止了泄漏的发生,然而当入口压力增大后,外侧间隙的环形界面消失,槽内空化被限制在吸力面侧,外侧间隙则形成了以液相为主的泄漏通道。 展开更多
关键词 液体火箭发动机 液封轮 液氧涡轮泵 密封性能 低温空化 Omega涡识别
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涡轮泵平衡活塞内消旋肋片对轴向力影响的数值模拟及分析
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作者 杨铁恒 许开富 +3 位作者 金路 郑旭 孙中国 席光 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第7期46-55,共10页
通过三维稳态数值模拟和正交实验研究方法,系统分析了不同结构参数的消旋肋片对涡轮泵平衡活塞内部流动特性及轴向力的影响规律。选取某液体火箭发动机涡轮泵的平衡活塞流域作为研究对象,进行三维稳态数值模拟,分析了消旋肋片对平衡活... 通过三维稳态数值模拟和正交实验研究方法,系统分析了不同结构参数的消旋肋片对涡轮泵平衡活塞内部流动特性及轴向力的影响规律。选取某液体火箭发动机涡轮泵的平衡活塞流域作为研究对象,进行三维稳态数值模拟,分析了消旋肋片对平衡活塞内部流动特性的影响;设计正交实验方案,通过调整消旋肋片的宽度、高度及数量,进一步评估了各参数对轴向力影响的差异性。研究结果表明:消旋肋片的加入显著影响了涡轮泵平衡活塞内部流动特性;引入消旋肋片后,平衡活塞模型内部流动变得更加复杂,在动静圆盘间隙出现了更多的涡,增加了能量耗散,进而引发平衡活塞内部压力变化,轴向力明显改变,泄漏通道内的轴向力降低幅度可达14.3%;在选取的消旋肋片结构参数中,按照对轴向力的影响大小从高到低依次为消旋肋片的宽度、高度及数量,且前两者对结果的极差值分别为消旋肋片数对应结果的4.6倍和3.5倍。该研究通过消旋肋片结构参数设计改善了平衡活塞的工作特性,从而提高涡轮泵运行的稳定性,为液体火箭发动机涡轮泵性能优化提供了一定的参考。 展开更多
关键词 涡轮泵 平衡活塞 轴向力 消旋肋片
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涡轮泵动静压机械密封端面液氧相变特性研究
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作者 侯正烜 孟祥铠 +3 位作者 师博闻 赵文静 刘磊 彭旭东 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第8期1101-1112,共12页
为研究液体火箭发动机涡轮泵中深冷低黏介质易汽化现象,基于均相沸腾模型建立了1种动静压结合型机械密封的相变润滑模型,提出了基于有限元的数值求解方法,以液氧为密封介质开展密封端面流体膜的相变特性分析,研究了工况参数(转速、压力... 为研究液体火箭发动机涡轮泵中深冷低黏介质易汽化现象,基于均相沸腾模型建立了1种动静压结合型机械密封的相变润滑模型,提出了基于有限元的数值求解方法,以液氧为密封介质开展密封端面流体膜的相变特性分析,研究了工况参数(转速、压力和温度)对密封性能的影响规律,并与经典液相润滑模型进行对比分析.研究结果表明:当密封腔内氧为液态时,动静压型机械密封端面液氧相变发生于下游侧密封坝,相较于经典液膜润滑模型,相变作用下氧的质量泄漏率是液态条件下的10%~20%,相变有助于减小氧的质量泄漏率,增强动静压型机械密封流体膜的承载能力,由于液氧的相变,端面流体膜开启力与温度间呈现非线性变化规律;研究范围内,螺旋槽槽深约为12μm时,动静压结合型端面密封具有较优的开启力和上游泵送率;由于均压槽和静压孔的隔离作用,螺旋槽和密封坝可进行独立设计.研究结果可为涡轮泵深冷介质端面密封的设计提供参考. 展开更多
关键词 涡轮泵 深冷介质 动静压型机械密封 相变特性 液氧
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槽型结构对液氧涡轮泵液封轮性能的影响
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作者 钟磊 许开富 +3 位作者 王凯 项乐 吴登昊 王晓晖 《流体机械》 北大核心 2025年第7期69-78,共10页
为了提高液封轮的气液界面稳定性和低温空化特性,分析了不同槽型结构对液氧涡轮泵首级液封轮密封性能和低温空化特性的影响。结果表明,液封轮密封性能受槽型/叶片结构、流道导向设计(径向/后倾/后弯)及构型(叶片式/流道式)共同影响。径... 为了提高液封轮的气液界面稳定性和低温空化特性,分析了不同槽型结构对液氧涡轮泵首级液封轮密封性能和低温空化特性的影响。结果表明,液封轮密封性能受槽型/叶片结构、流道导向设计(径向/后倾/后弯)及构型(叶片式/流道式)共同影响。径向叶片结构在实现低泄漏和低温升方面优势突出,是大多数工况的优选。较径向流道结构,径向叶片结构泄漏量降低96.3%,轴功率增加14.8%,封压功率比下降2%。后倾/后弯叶片结构通过优化导流,显著提升气液界面稳定性,是追求稳定性的首选。后倾/后弯结构的槽外间隙中形成回流涡旋,较径向流道结构,轴功率分别增加约14.8%和25.0%,流道式结构(尤其后倾式)在高转速下可作为替代方案。研究结果可为液氧涡轮泵液封轮的设计提供参考。 展开更多
关键词 液封轮 液氧涡轮泵 槽型结构 密封性能 低温空化特性
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热力耦合作用下涡轮泵用镶装式机械密封端面变形规律研究
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作者 余嘉桐 孟祥铠 +3 位作者 赵文静 刘磊 张力豪 彭旭东 《化工学报》 北大核心 2025年第6期2900-2912,共13页
以液体火箭发动机涡轮泵用镶装式机械密封为研究对象,考虑密封静环的过盈配合作用及密封环与环座之间的接触,建立了其深冷工况下的热弹流润滑耦合模型,采用原始对偶内点优化方法 (IPOPT)处理接触带来的变形求解问题,研究了静环镶装过盈... 以液体火箭发动机涡轮泵用镶装式机械密封为研究对象,考虑密封静环的过盈配合作用及密封环与环座之间的接触,建立了其深冷工况下的热弹流润滑耦合模型,采用原始对偶内点优化方法 (IPOPT)处理接触带来的变形求解问题,研究了静环镶装过盈量、转速和密封压力对深冷环境下涡轮泵镶装式机械密封端面变形行为及密封界面的热弹流润滑特性。结果表明,在密封环热力耦合作用及密封组件间的接触作用下,密封动静环端面间产生沿半径方向非单调变化的膜厚分布,深冷环境下的温度变形远大于密封压力的力变形;密封静环的初始过盈量在装配后的研磨去除影响工作状态下密封的液膜厚度分布,静环过盈量和深冷环境下的收缩变形是密封环结构设计中需重点考虑的因素。建立的考虑密封组件接触作用的流固热力耦合模型可为镶装式机械密封环的结构优化提供理论基础。 展开更多
关键词 涡轮泵 镶装式机械密封 深冷环境 原始对偶内点优化
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液体火箭发动机涡轮泵转子瞬态响应特性
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作者 杜家磊 李铭 +1 位作者 姜绪强 李锦宽 《振动.测试与诊断》 北大核心 2025年第2期290-295,411,共7页
针对液体火箭发动机涡轮泵转子动态响应参数难以直接测得的问题,以实际涡轮泵转子为对象,开展转子瞬态响应仿真计算和实测振动数据提取分析。首先,采用有限元方法建立考虑支承结构参与振动的转子动特性计算模型,计算转子的稳态特性;其次... 针对液体火箭发动机涡轮泵转子动态响应参数难以直接测得的问题,以实际涡轮泵转子为对象,开展转子瞬态响应仿真计算和实测振动数据提取分析。首先,采用有限元方法建立考虑支承结构参与振动的转子动特性计算模型,计算转子的稳态特性;其次,以发动机试车实测的涡轮泵启动升速曲线为基础,计算转子的瞬态响应特性,并与从实测的振动加速度数据中提取的转子动特性进行对比分析。结果表明:转子瞬态响应峰值出现的位置相比稳态响应有一定滞后,启动加速度越大,滞后越明显;从涡轮泵壳体上的振动加速度测点提取的同步响应曲线在转子过临界转速时出现了峰值;仿真计算的瞬态响应峰值与实测的加速度峰值最大差异为6%。 展开更多
关键词 涡轮泵 转子动力学 临界转速 启动特性 瞬态响应
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复杂结构低温涡轮泵预冷特性集总参数仿真研究
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作者 秦毅 李耀阳 +2 位作者 李卓伦 刘刚毅 王磊 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第11期177-186,共10页
为实现火箭发动机低温涡轮泵预冷特性与规律的定量预测,解决AMESim软件无法准确预测预冷两相传热的技术挑战,开展了液氧涡轮泵预冷的集总参数仿真研究。首先,采用热容等效方法将涡轮泵复杂结构简化为环状管流模型,实现了涡轮泵壳与芯体... 为实现火箭发动机低温涡轮泵预冷特性与规律的定量预测,解决AMESim软件无法准确预测预冷两相传热的技术挑战,开展了液氧涡轮泵预冷的集总参数仿真研究。首先,采用热容等效方法将涡轮泵复杂结构简化为环状管流模型,实现了涡轮泵壳与芯体同步预冷求解;然后,将低温预冷两相流型判定与沸腾传热模型植入AMESim软件,建立了涡轮泵预冷多节点集总参数预测模型;最后,采用该预冷模型对复杂液氧涡轮泵预冷规律开展了变工况预示。结果表明:所建立低温预冷集总参数模型在预测预冷耗时时最大误差小于6.0%;液氧涡轮泵芯体预冷时间为壳体耗时的3.7%,因此泵壳预冷耗时决定了涡轮泵整体预冷进程;提高入口压力有利于强化流体与结构体间的传热速率,实现快速预冷,但会增加预冷过程液体消耗量。所建立的AMESim预冷模型为研究火箭低温发动机规律提供了一种新的方法选择。 展开更多
关键词 涡轮泵 低温预冷 集总参数仿真 沸腾传热
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增材制造液体火箭发动机涡轮泵组件研究进展
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作者 易敏 沈志海 胡文轩 《火箭推进》 北大核心 2025年第3期198-211,共14页
增材制造技术作为一种通过逐层堆叠材料成型三维实体的先进制造工艺,为液体火箭发动机设计与制造的变革性发展提供了契机。涡轮泵组件作为液体火箭发动机的核心部件,采用增材制造不仅能降低制造成本、缩短研发周期,还能够实现液体动力... 增材制造技术作为一种通过逐层堆叠材料成型三维实体的先进制造工艺,为液体火箭发动机设计与制造的变革性发展提供了契机。涡轮泵组件作为液体火箭发动机的核心部件,采用增材制造不仅能降低制造成本、缩短研发周期,还能够实现液体动力的结构轻量化与集成化设计制造,形成液体动力的多材料一体化成型能力。总结了国内外涡轮泵组件常见的材料体系与制造工艺,分析了不同材料体系及制造工艺的优缺点及适用范围。具体综述了增材制造在液体火箭发动机涡轮泵的诱导轮、泵叶轮及涡轮盘三大关键组件的国内外研究与应用进展,典型案例包括:美国NASA采用增材制造研制了涡轮泵,研发周期缩短45%,并成功通过7次热试车验证;美国SpaceX公司利用增材制造实现了涡轮泵的结构轻量化与集成化设计;我国iSpace公司采用增材制造解决了涡轮盘因双级叶片间距过小或同层叶片密集排布导致的刀具干涉问题。最后,基于当前技术发展现状,展望了液体火箭发动机结构增材制造的未来发展方向。 展开更多
关键词 增材制造 液体火箭发动机 涡轮泵 诱导轮 叶轮 涡轮
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基于Hessian局部线性嵌入和MLP-Mixer的液体火箭发动机涡轮泵轻量化故障诊断框架 被引量:2
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作者 窦唯 赵东方 +1 位作者 张宏利 刘树林 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期156-165,共10页
作为液体火箭发动机推进剂输送系统的关键部件,涡轮泵的运行状态直接影响着整个运载系统的性能,然而,现有的故障诊断方法往往面临特性参数选择片面及计算复杂度高等问题。针对上述局限,提出了面向涡轮泵的轻量化故障诊断框架。所提方法... 作为液体火箭发动机推进剂输送系统的关键部件,涡轮泵的运行状态直接影响着整个运载系统的性能,然而,现有的故障诊断方法往往面临特性参数选择片面及计算复杂度高等问题。针对上述局限,提出了面向涡轮泵的轻量化故障诊断框架。所提方法利用Hessian局部线性嵌入算法对信号时域、频域及时频特征进行降维,并引入一种轻量化的深度学习模型MLP-Mixer作为分类器,进而实现不同故障状态的辨识。采用某型号涡轮泵试车数据验证了所提方法的有效性,结果表明,该方法能够在保障诊断精度的同时有效降低计算复杂度,提高诊断效率。 展开更多
关键词 液体火箭发动机涡轮泵 故障诊断 Hessian局部线性嵌入 MLP-Mixer
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液体火箭发动机涡轮泵多维度传感器优化布置
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作者 马珮羽 杨宝锋 +4 位作者 陈晖 翟智 王晨希 马猛 陈雪峰 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期72-82,共11页
针对液体火箭发动机涡轮泵健康监测时存在的结构重要模态信息遗漏、故障敏感信息提取不全等问题,提出了一种涡轮泵传感器多维度优化布置方法,并采用故障模拟实验台进行了实验验证。首先,建立了涡轮泵待优化区域的有限元模型并开展了结... 针对液体火箭发动机涡轮泵健康监测时存在的结构重要模态信息遗漏、故障敏感信息提取不全等问题,提出了一种涡轮泵传感器多维度优化布置方法,并采用故障模拟实验台进行了实验验证。首先,建立了涡轮泵待优化区域的有限元模型并开展了结构约束模态分析以及轴承故障仿真瞬态动力学分析;其次,基于离散人工蜂群算法及瞬态分析结果得出传感器布置候选点集;再次,综合传感器多维度评估方法得出最终的传感器布置方法;最后,通过实验对比分析了传感器布置方法与传统方法的综合指标。计算结果表明:相对于有效独立法,布置测点优化后,传感器监测信号的模态振型符合率提高了20.1%,对轴承故障检测的准确率提高了27.5%,验证了多维度优化布置方法具有良好的故障诊断综合性能。 展开更多
关键词 液体火箭发动机涡轮泵 传感器优化布置 涡轮泵 离散人工蜂群算法 瞬态动力学分析 多维度评估
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可重复使用液体火箭发动机涡轮泵轴承设计及试验 被引量:2
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作者 陶孟尧 段逸飞 +2 位作者 毛凯 王晓锋 郑晓沛 《火箭推进》 CAS 北大核心 2024年第1期87-96,共10页
可重复使用液体火箭发动机研制需求的出现,对涡轮泵结构可靠性设计提出了更高的要求。针对涡轮泵中轴承在低温、高速、重载、重复启停等恶劣工况下容易失效的问题,以某型可重复使用液氧/煤油火箭发动机涡轮泵为研究对象,从结构、材料、... 可重复使用液体火箭发动机研制需求的出现,对涡轮泵结构可靠性设计提出了更高的要求。针对涡轮泵中轴承在低温、高速、重载、重复启停等恶劣工况下容易失效的问题,以某型可重复使用液氧/煤油火箭发动机涡轮泵为研究对象,从结构、材料、保持架等方面对涡轮泵轴承进行了设计和动力学计算分析。根据涡轮泵工作工况,设计了低温和常温轴承运转试验系统,进行了轴承重复启停运转试验,试验过程中对轴承温度和运转转速进行监测以便判断轴承状态,试验后检查轴承钢球和滚道均正常,并对轴承设计参数进行复测发现无较大偏差。试验结果表明,设计的涡轮泵轴承在设计转速下可以完成预定的重复启停运转,同时试后同批次轴承搭载发动机试车考核成功重复点火十余次。 展开更多
关键词 可重复使用 涡轮泵 轴承 重复启停
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考虑表面粗糙度影响的低温涡轮泵特性与动静间隙流动分析 被引量:2
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作者 卜学兵 付平 +1 位作者 孙中国 席光 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期77-89,共13页
为分析低温涡轮泵过流部件表面粗糙度对其性能特性的影响,阐明表面粗糙度对涡轮泵动静间隙流场的影响机制,选择增材制造闭式叶轮涡轮氧泵为研究对象,在考虑低温介质热力学效应影响的前提下,采用液氮作为增压输送介质,对涡轮泵低温性能... 为分析低温涡轮泵过流部件表面粗糙度对其性能特性的影响,阐明表面粗糙度对涡轮泵动静间隙流场的影响机制,选择增材制造闭式叶轮涡轮氧泵为研究对象,在考虑低温介质热力学效应影响的前提下,采用液氮作为增压输送介质,对涡轮泵低温性能开展实验测试和数值计算。研究结果表明:在13 500~26 000 r/min转速范围内,相较于光滑壁面,考虑过流部件表面粗糙度后,采用液氮作为模拟介质得到的涡轮氧泵数值计算结果与实验测试数据吻合较好;随着离心叶轮及蜗壳等主流表面粗糙度从光滑壁面增加至36μm,涡轮氧泵扬程及效率分别下降了9.1%、10.6%;随着动静间隙过流部件表面粗糙度从0增加至20μm,涡轮泵叶轮轴向力合力系数显著降低了25.8%。研究结果对后续深入揭示表面粗糙度对低温涡轮泵动静间隙流场特性影响规律以及过流部件表面质量分区控制具有重要借鉴意义及参考价值。 展开更多
关键词 涡轮泵 表面粗糙度 动静间隙 热力学效应 轴向力
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液体火箭发动机涡轮泵管式扩压器时序效应数值研究 被引量:1
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作者 杨玉冰 毛凯 +3 位作者 卜学兵 丛红钏 孙中国 席光 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期185-195,共11页
为分析管式扩压器的时序效应对高速涡轮泵性能以及压力脉动的影响并阐明其影响机制,对某液体火箭发动机高速涡轮泵全流域进行三维定常和非定常数值计算,研究了管式扩压器时序效应对涡轮泵外特性的影响规律,采用熵产理论对涡轮泵内部的... 为分析管式扩压器的时序效应对高速涡轮泵性能以及压力脉动的影响并阐明其影响机制,对某液体火箭发动机高速涡轮泵全流域进行三维定常和非定常数值计算,研究了管式扩压器时序效应对涡轮泵外特性的影响规律,采用熵产理论对涡轮泵内部的能量损失进行分析,并通过压力脉动均方根方法对涡轮泵内的压力脉动进行评估。结果表明:随着管式扩压器叶片与蜗壳隔舌夹角的增大,涡轮泵效率和扬程整体趋势均为先升高后降低,两者的变化幅度分别为0.75%、1.68%,当管式扩压器叶片吸力面出口边与蜗壳隔舌的夹角为20.5°、25.5°时,涡轮泵具有较好的性能,其影响机制由蜗壳隔舌下方的扩压管出口附近涡流和能量损失变化决定。动静干涉效应是涡轮泵内压力脉动的主要原因,时序效应对涡轮泵出口和蜗壳隔舌附近压力脉动的变化幅度分别为37.7%、67.6%。蜗壳流道内压力脉动的最大值位于蜗壳隔舌下方扩压管出口区域,时序效应对压力脉动最大值的变化幅度为20.5%。研究结果可为液体火箭发动机涡轮泵性能和振动的优化提供一定的参考。 展开更多
关键词 液体火箭发动机 涡轮泵 管式扩压器 时序效应
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涡轮泵用不同槽型流体动压型机械密封运行特性对比研究 被引量:1
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作者 任宝杰 姜绪强 +3 位作者 李铭 郝木明 涂霆 刘馥瑜 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期114-122,共9页
针对火箭发动机低温介质涡轮泵端面密封的泄漏突增问题,基于工程经验提出激光脸(槽深3、5μm)和螺旋槽3种槽型结构,并与原使用的雷列槽进行端面流场与密封性能对比分析,同时对4种槽型结构进行密封动态追随性比较分析。结果发现:低温介... 针对火箭发动机低温介质涡轮泵端面密封的泄漏突增问题,基于工程经验提出激光脸(槽深3、5μm)和螺旋槽3种槽型结构,并与原使用的雷列槽进行端面流场与密封性能对比分析,同时对4种槽型结构进行密封动态追随性比较分析。结果发现:低温介质下雷列槽端面密封流体动压较弱,影响端面开启的主要因素为流体介质静压力;在转速和压力增大的条件下雷列槽存在负动态刚度系数,角向的稳定性较差,存在泄漏风险;激光脸泄漏量较低且处于混合润滑状态,不会因密封端面脱开而引起密封动态不稳定;槽深5μm与槽深3μm激光脸相比有更大的开启力与较低的相变率,综合性能更优;螺旋槽结构动压效应较强,其开启力随转速和压力的线性变化都保障了密封环的追随性;螺旋槽结构具有较强变工况适应性,但泄漏量水平始终较高。 展开更多
关键词 涡轮泵 低温介质 机械密封 密封性能 稳定性
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