[發(fā)明專利]一種火箭發(fā)動機液氧渦輪泵的間隙密封模型的建模方法

在審

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• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111753380A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設計）人: 張廣輝;劉占生;封紀港;陳暉;趙經明
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 黑龍江立超同創(chuàng)知識產權代理有限責任公司 23217
• 代理人: 楊立超

1.一種火箭發(fā)動機液氧渦輪泵的間隙密封模型的建模方法，其特征在于，所述方法的實現(xiàn)過程為：

步驟一、確定表面織構間隙密封泄漏特性及動力學特性：

針對表面織構間隙密封，分別給出試驗方法、CFD方法和CFD-Bulk Flow混合計算方法，在試驗方法中，設計并搭建密封泄漏特性及動力學特性試驗臺，用于CFD方法的驗證提供可靠的試驗數(shù)據；在CFD方法中，對所表面織構間隙密封選取了合適的計算模型，為后續(xù)利用CFD方法優(yōu)化表面織構分布方案提供計算依據；同時基于動網格技術給出密封動力學特性系數(shù)的求解方法；在CFD-Bulk Flow混合計算方法中，基于Bulk Flow模型獲得密封間隙內流體運動方程；

搭建密封泄漏特性和動力學特性試驗臺，通過對密封試驗腔、轉子以及彈性支承架的結構進行設計，使密封試驗件可以與轉子保持穩(wěn)定的間隙，進而通過激振器對其施加動態(tài)激勵；并為試驗臺搭建了完整的工質循環(huán)、潤滑系統(tǒng)和測量系統(tǒng)；同時分別給出密封泄漏特性和動力學特性；

步驟二、基于步驟一所提出的表面織構間隙密封泄漏特性及動力學特性，選取液體火箭發(fā)動機液氧渦輪泵中離心輪凸肩處的間隙密封作為對象，對其表面添加不同形貌及分布的表面織構，采用CFD計算方法對表面織構間隙密封泄漏特性進行仿真計算，得到較為優(yōu)化的表面織構間隙密封結構，為后續(xù)求解表面織構間隙密封-轉子系統(tǒng)動力學特性提供計算模型；

步驟三、確定表面織構間隙密封泄漏特性及動力學特性：基于步驟二利用CFD方法研究表面織構形貌分布對泄漏特性的影響，得到了較優(yōu)化的織構形貌分布方案；應用優(yōu)化模型加工實際表面織構間隙密封試驗件，采用試驗方法驗證CFD方法計算其精確性，進而利用CFD方法仿真計算渦輪泵實際工況下表面織構間隙密封內的流動分布狀態(tài)，修正Bulk flow模型，并通過實際工況下CFD計算的密封動力學特性系數(shù)進行對比驗證，得到高計算效率、高可靠性的CFD-Bulk flow混合計算模型；

應用CFD-Bulk flow混合計算模型對表面織構間隙密封在不同密封間隙、密封長度、壓差、轉速以及偏心率條件下的泄漏量和動力學特性系數(shù)進行求解，并對比無織構間隙密封，得到上述變量對密封泄漏特性及動力學特性的影響規(guī)律；

步驟四、基于步驟三所述的在液體火箭發(fā)動機液氧渦輪泵實際工況下對表面織構間隙密封動力學特性，結合液氧渦輪泵轉子，給出表面織構間隙密封-轉子系統(tǒng)的動力學特性；分別建立了彈性軸段、剛性輪盤、密封及軸承的運動方程，從而獲得密封-轉子系統(tǒng)的運動方程；在充分考慮部分軸段材料屬性等效、輪盤結構簡化和支承結構下，基于有限單元法對表面織構間隙密封-轉子系統(tǒng)建模；仿真計算得到系統(tǒng)的臨界轉速及振型；提出考慮密封激勵力與轉子振動位移耦合的算法，仿真計算不平衡激勵下表面織構間隙密封-轉子系統(tǒng)動力學特性；進而獲得表面織構間隙密封結構參數(shù)對系統(tǒng)動力學特性的影響規(guī)律。

2.根據權利要求1所述的一種火箭發(fā)動機液氧渦輪泵的間隙密封模型的建模方法，其特征在于，在步驟二中，通過CFD仿真計算，得到以軸向單列排列5個高度為0.3mm圓形織構，周向列數(shù)為72列的表面織構間隙密封泄漏特性最優(yōu)。