液體火箭發動機用超低比轉速離心泵優化設計

郭 維，白東安

（西安航天動力研究所，陜西西安710100）

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渦輪泵是泵壓式液體火箭發動機系統的“心臟”，擔負著向發動機推力室主系統及發生器等副系統輸送高壓推進劑的重任，渦輪泵性能的優劣對發動機系統的影響很大，而離心泵特性的好壞決定著渦輪泵的性能。

離心泵設計過程中需要使用大量經驗系數，因而往往要經過反復優化設計，使其各結構參數達到最佳和諧工作狀態才能獲得一臺性能優良的離心泵。傳統的設計方案是在已有的性能較好的泵結構中選型，根據需要調整各結構參數，加工生產后進行泵水力試驗，用揚程、效率等外特性判斷泵性能的優劣以及是否需要再優化設計。但外特性是泵各結構參數綜合作用的結果，對于優化設計來說，僅有這些外特性參數不能精確定位優化機理，再優化措施存在盲目性和不確定性，因而常需要多次反復，事倍功半。

隨著液體火箭發動機的發展，上面級發動機等越來越需要采用流量小、揚程高、轉速高、性能和可靠性高的超低比轉速離心泵。但超低比轉速離心泵普遍具有效率偏低、工作穩定性差的問題，優化設計時更加需要采取準確的、具有針對性的合理優化措施，以盡可能提高泵的效率，拓展泵穩定工作的流量范圍。為此，在設計一臺液體火箭發動機用帶前置誘導輪的高速高揚程小流量超低比轉速離心泵時，運用FLUENT流體計算軟件及GAMBIT前處理軟件作為工具，采用三維K-ε雙模型方程對其內部流場進行模擬仿真，從優化泵內流動特性的角度出發，根據模擬仿真結果，確定合理的優化措施，優化設計了一臺高揚程、高效率、能在大流量范圍穩定工作的超低比轉速離心泵。……