單向閥流路系統(tǒng)自激振蕩特性研究

劉 上，劉紅軍，徐浩海，程亞威，段 捷，李春紅

（西安航天動力研究所，陜西西安710100）

0 引言

在某次發(fā)動機試車中，由于蒸發(fā)器路液氧單向閥前后節(jié)流圈流阻很大，液氧流量大大低于單向閥額定流量，實際壓降不足以維持閥芯完全打開，閥芯出現(xiàn)顫振。從而在發(fā)生器氧系統(tǒng)引入脈動激勵源，并形成了氧系統(tǒng)-發(fā)生器-燃料供應(yīng)系統(tǒng)的耦合振蕩，發(fā)動機結(jié)構(gòu)振動大幅增加，導(dǎo)致試車中止。試車后分解發(fā)現(xiàn)閥芯配合圓柱面及密封端面出現(xiàn)嚴重磨損。

為了驗證液氧單向閥流路自激振蕩特性，試車后進行了液流模擬試驗。在一定進出口壓力條件下，復(fù)現(xiàn)了液氧單向閥的顫振狀態(tài)，流路中壓力脈動頻譜如圖1所示。且液氧單向閥上的振動遠大于導(dǎo)管振動，表明729 Hz突頻是由液氧單向閥顫振引起，且分解后閥芯配合圓柱面上有明顯碰磨痕跡。

圖1 液流試驗中自激振蕩頻譜圖Fig.1 Frequency spectrogram of self-oscillation in liquid flow experiment

但在試車和液流試驗過程中，單向閥并不是一開始就出現(xiàn)顫振，并且在試驗中同樣進出口壓力條件下，前一次試驗中閥芯出現(xiàn)顫振，后一次又有可能不出現(xiàn)。一旦出現(xiàn)顫振，之后能一直維持下去，且單向閥自激振蕩頻率隨進出口壓差增大而有一定的降低。為了解釋這一復(fù)雜的現(xiàn)象，避免試車中類似問題重復(fù)出現(xiàn)，有必要深入地分析單向閥出現(xiàn)自激振蕩的原因和振蕩頻率特性。

本文通過對單向閥流路系統(tǒng)建立非線性動力學(xué)模型，采用基于數(shù)值仿真和非線性動力學(xué)理論方法[1,2]，計算分析了液流試驗中單向閥流路系統(tǒng)產(chǎn)生自激振蕩的特點和條件?！?br>