變螺距誘導輪的氣蝕性能研究

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1、第43卷第2期2017年4月火箭推進JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．43．№．2Apr．2017變螺距誘導輪的氣蝕性能研究李欣1，肖立明1，劉暢1，東華鵬1，李家文2，王玨3(1．北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京100076；2．北京航空航天大學宇航學院，北京100191；3．中國運載火箭技術研究院，北京100076)摘要：為了研究變螺距誘導輪的氣蝕性能，通過試驗觀察了變螺距誘導輪的氣蝕發(fā)展變化情況，分析了其內(nèi)部的壓力脈動現(xiàn)象。結(jié)果表明：誘導輪內(nèi)的氣穴隨著入口壓力降低，會呈現(xiàn)不同的氣穴形態(tài)；氣穴發(fā)展受流量影響，流量越大，氣穴發(fā)展速度越快；誘導輪內(nèi)發(fā)生了

2、同步旋轉(zhuǎn)氣蝕，同步旋轉(zhuǎn)氣蝕也受流量影響，流量越大，同步旋轉(zhuǎn)氣蝕越強。關鍵詞：變螺距誘導輪；氣蝕性能；同步旋轉(zhuǎn)氣蝕；可視化中圖分類號：V434—34文獻標識碼：A文章編號：1672—9374f2017)02—0001—08Studyoncavitationperformanceofvariable．．pitchinducerLIXinl，XIAOLimin91，LIUChan91，DONGHuapen91，LIJiawen2，WANGJue3(1．BeijingInstituteofAstronauticalSystemsEngineering，Beijing100076，C

3、hina；2．SchoolofAstronautics，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China；3．ChinaAcademyofLaunchVehicleTechnology，Beijing100076，China)Abstract：Inordertostudycavitationperformanceofthevariable—pitchinducer，thecavitationdevelopmentandvariationofthevariable—pitchinducerwer

4、eobserved,andthepressurepulsationphenomenonintheinducerwasinvestigated．Theresultsshowthatthedifferentcavitationshapesappearincavitationintheinducerwithinletpressuredecreasing，flowratehasaneffectoncavitationdevelopment，whichmeansthatthecavitationdevelopsfasterathigherflowrate，synchronousrot

5、atingcavitationappearsintheinducer，andthehighertheflowrateis，themoreseriousthesynchronousrotatingcavitationbecomes．Keywords：variable—pitchinducer；cavitationperformance；synchronousrotatingcavitation；Vjsualization0引言誘導輪是安裝在離心泵前的軸流泵，它的作用是為離心泵增壓，避免離心泵發(fā)生氣蝕。在火箭動力系統(tǒng)中，為了減輕貯箱重量，誘導輪入口壓力通常較低，受工況變化以及一

6、些干擾因素的影響，可能會產(chǎn)生嚴重的氣蝕，導致誘導輪流道被堵塞，從而使泵的揚程迅速下降。在某些工況收稿日期：2016—12—16；修回日期：2017—02—09作者簡介：李欣(1987一)，男，博士，工程師，研究領域為空間運輸系統(tǒng)，火箭發(fā)動機2火箭推進2017年4月下，還會發(fā)生氣蝕不穩(wěn)定現(xiàn)象，如旋轉(zhuǎn)氣蝕㈣、氣蝕喘振等問，引起軸振動，進而對軸承和密封等零部件的可靠性造成威脅，影響泵的重復使用。國外通過試驗和數(shù)值仿真對氣蝕不穩(wěn)定現(xiàn)象開展了大量研究。2005年，F(xiàn)uji等通過試驗發(fā)現(xiàn)，在誘導輪人口增加噴射流，當噴射流量為總流量的10％，并且射流方向與旋轉(zhuǎn)方向一致時能夠有效抑制氣蝕不

7、穩(wěn)定現(xiàn)象圈。2006年，Hosangadi等使用CHUNCH軟件比較了誘導輪在液氫和水中的性能，發(fā)現(xiàn)熱力學效應的存在能夠改善誘導輪的氣蝕性能同。2008年，Kim等研究了在誘導輪上游安裝環(huán)形擋板對氣蝕喘振的影響，發(fā)現(xiàn)其對氣蝕喘振有很好的抑制作用，但是對誘導輪的抽吸性能和壓升影響不大，特別是在低流量下陰。2011年，Iga等采用二維平面葉柵模型對三葉片誘導輪氣蝕喘振現(xiàn)象進行了數(shù)值模擬分析，根據(jù)流場及喘振的特點，他們將氣蝕喘振分為三類：第一類喘振由小的旋渦氣蝕和大尺度的脈動組成，第二類喘振由具有射流結(jié)構的層狀氣蝕組成，