高壓補(bǔ)燃液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)彈性金屬密封技術(shù)探討

雷 征，劉志讓?zhuān)惤ㄈA，付 平

（1.西安航天動(dòng)力研究所，陜西西安710100；2.航天推進(jìn)技術(shù)研究院，陜西西安710100）

0 引言

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上的密封結(jié)構(gòu)必須滿(mǎn)足在工作條件下密封無(wú)泄漏、結(jié)構(gòu)可靠、質(zhì)量小、裝卸方便、制造成本低、互換性好和能夠多次使用等要求[1]。同時(shí)，在整個(gè)任務(wù)周期內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)上的密封結(jié)構(gòu)還應(yīng)始終保持高可靠、零泄漏、不失效的良好工作狀態(tài)。一旦發(fā)生密封失效，就會(huì)因泄漏造成比沖損失，引起發(fā)動(dòng)機(jī)性能降低，同時(shí)還伴隨著火和爆炸的危險(xiǎn)[2-3]。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)總裝設(shè)計(jì)中必須重視管路密封技術(shù)的研究。

1 200 kN高壓補(bǔ)燃液氧/煤油火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是為我國(guó)新一代運(yùn)載火箭研制的高性能發(fā)動(dòng)機(jī)，采用了先進(jìn)的補(bǔ)燃循環(huán)技術(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)以液氧/煤油為工質(zhì)，工作環(huán)境覆蓋了高壓、低溫和富氧燃?xì)?。工作狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室室壓高達(dá)18 MPa，管路系統(tǒng)最高壓力60 MPa，溫度-180～400℃，工作條件惡劣，密封條件苛刻。通過(guò)在靜密封中引入Э形密封、K形密封、碟形密封及軟金屬密封結(jié)構(gòu)，成功解決了低溫液氧管路和富氧燃?xì)夤苈返拿芊怆y題。

高壓補(bǔ)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的彈性金屬密封結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)、加工、裝配過(guò)程中涉及多項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)。為保障密封效果和提高密封可靠性，需要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、預(yù)緊載荷及加工工藝等方面進(jìn)行嚴(yán)格控制。

1 彈性金屬密封的彈塑性密封機(jī)理

機(jī)加工得到的密封面是粗糙表面，有一定程度的微觀凸峰和凹谷[4]，如圖1所示。

圖1 密封面微觀形貌Fig.1 Microstructure of sealing surface

從微觀角度出發(fā)，考慮材料的彈塑性變形過(guò)程，闡述了彈性金屬密封的微觀密封機(jī)理?！?br>