液體火箭發動機渦輪轉子超速離心變形特性研究

竇 唯，金志磊，閆宇龍

（北京航天動力研究所，北京100076）

0 引言

渦輪泵是液體火箭發動機的動力核心部件，其運行狀態的好壞將直接影響發動機的性能和可靠性。渦輪和葉輪等組件是渦輪泵重要組件，對其進行超速試驗是檢驗高速旋轉時穩定性的可靠保證。

由于渦輪轉子轉速高、動能大，實際工作中又受低溫、振動等多種復雜因素的影響，給渦輪轉子的結構強度帶來很大挑戰。為確保產品運行的結構強度及可靠性，研究渦輪轉子高速離心的變形特性在發動機研制中顯得尤為重要。

本文以某發動機渦輪、葉輪為研究對象，開展了高速離心變形特性研究。通過有限元分析得出了渦輪葉輪等部件的離心變形特性，通過超速試驗驗證了渦輪等部件的可靠性。

1 渦輪、葉輪及轉子離心變形特性研究

建立了渦輪、葉輪、轉子等部件的有限元模型，研究了高轉速離心力作用下渦輪、葉輪及轉子等零部件的變形特性。渦輪及葉輪為TC4鈦合金材料，轉子材料為GH4169。

根據渦輪、葉輪、轉子的三維模型采用網格劃分軟件對模型進行網格劃分。渦輪和轉子采用六面體結構化網格劃分，渦輪的網格總數為414 384，轉子網格總數為144 616個。由于葉輪的結構較復雜，因此一級葉輪和二級葉輪的網格采用四面體非結構化網格，并且采用對網格進行加密的方法來達到較高的求解精度，一級葉輪的網格總數為587 317個，二級葉輪的網格總數為701 385個。

下面以渦輪為研究對象進行分析，渦輪的網格模型及邊界條件設置如圖1所示。……