輪轂形狀對誘導輪性能的影響

宋沛原，李家文，唐 飛

（北京航空航天大學宇航學院,北京100191）

0 引言

為提高航天運輸系統的有效載荷，要求推進劑供應系統能夠工作在盡可能低的入口壓力條件下。由于誘導輪具有小載荷、高稠度、小沖角等特點，使液體繞流葉片型面時壓降較小，因此誘導輪能在低入口壓力、局部出現汽蝕的條件下工作。

為了進一步提高誘導輪的性能，國內外研究者對誘導輪形狀展開了廣泛而深入的研究。日本東北大學流體科學研究所、航空宇宙技術研究所角田宇宙推進技術研究中心和大阪大學在研究H-Ⅱ火箭的LE-7誘導輪時發現，改變誘導輪前方進料管的幾何尺寸，就可以改善誘導輪的汽蝕性能，并抑制了泵軸的振動[1-2]。Bakir應用商用CFD軟件CFX，基于N-S方程和零方程湍流模型，對誘導輪進行了定常計算，試驗研究了不同形狀進口邊對誘導輪性能的影響，并與試驗相對比，發現數值模擬結果和試驗結果非常吻合[3]。Delgosha應用NUMECA公司的FINE/TURBO軟件，基于三維雷諾時均N-S方程和B-L湍流模型，對于不同前緣邊厚度的誘導輪進行了研究[4]。黃建德、谷傳綱對具有不同葉片數、葉片長度的平板螺旋形誘導輪進行了試驗研究[5]。

國外火箭發動機誘導輪多采用曲線形狀的輪轂，如Lucio Torre在研究誘導輪吸入性能時使用的誘導輪DAPAMIT03和Morgan Williams在研究誘導輪汽蝕性能時使用的誘導輪；而國內火箭發動機誘導輪多采用直錐輪轂。為了探索兩種輪轂形狀對誘導輪內部流動特性等方面的影響，本文開展了對不同輪轂形狀誘導輪內部流場的數值模擬，分析了輪轂形狀對誘導輪內部流動特性及外特性的影響?！?br>