軟金屬密封結(jié)構(gòu)密封性能數(shù)值仿真研究

黃其殷，白旭東，李妙婷

（西安航天動力研究所，陜西 西安710100）

0 引言

由于發(fā)動機工作條件十分惡劣，在其工作條件下應滿足密封無泄漏、結(jié)構(gòu)可靠、質(zhì)量小、拆卸方便、制造成本低、互換性好及多次使用的要求[1]。軟金屬密封結(jié)構(gòu)應用于高壓補燃循環(huán)液氧煤油發(fā)動機的高壓氣路和高壓液路接頭，其密封可靠性是確保發(fā)動機正常工作的重要基礎之一。較以往發(fā)動機球面密封結(jié)構(gòu)，軟金屬密封結(jié)構(gòu)通過采用不同材料的密封墊，適用于-190℃低溫液氧、常溫燃料及500℃高溫燃氣等工作環(huán)境，在使用中表現(xiàn)出良好操作性、密封性及抗震性。

國內(nèi)外學者通過商業(yè)有限元軟件ABAQUS和ANSYS對航天器氧系統(tǒng)和燃料系統(tǒng)管路密封結(jié)構(gòu)密封性能進行了仿真分析[2-4]。針對軟金屬密封結(jié)構(gòu)，將通過有限元軟件NASTRAN隱式非線性模塊，建立起軟金屬密封結(jié)構(gòu)接觸和材料彈塑性有限元模型，并對其密封機理和密封性能進行仿真分析。

1 密封結(jié)構(gòu)組成

軟金屬密封結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括凹臺階接頭、軟金屬密封墊、凸臺階接頭及外套螺母4個零件，在凹臺階接頭和凸臺階接頭密封面上開有V型密封槽。

常用的球面密封結(jié)構(gòu)如圖2所示，由凹球面接頭、外套螺母及凸球面接頭組成。

圖1 軟金屬密封結(jié)構(gòu)Fig.1 Configuration of soft metal seal

圖2 球面密封結(jié)構(gòu)Fig.2 Configuration of spherical seal

與球面密封相比，在工程應用中發(fā)現(xiàn)軟金屬密封具有以下優(yōu)點：

1）使用溫度范圍廣，可在-182℃液氧溫度，500℃富氧燃氣環(huán)境下正常工作；

2）管路通徑應用范圍廣，從4 mm小通徑管路到32 mm通徑管路均可保證可靠密封；……