氦氣驅動預壓渦輪泵啟動初期反流問題分析

史子鵬，楊永強，呂順進，王 飛，李 程

(西安航天動力研究所，陜西 西安 710100)

0 引言

某補燃循環發動機為我國首臺采用起旋預壓渦輪泵啟動方案的液體火箭發動機，啟動時須首先使用高壓氦氣驅動氧化劑預壓渦輪泵輸出揚程。在驅動試驗中發現，高壓氦氣會在驅動初期反流進入泵端，導致預壓泵出現了夾氣現象，揚程受到抑制、轉速飛轉，對啟動過程控制帶來不利影響。為提升該發動啟動動可靠性，需要對預壓渦輪泵氦氣反流的原因進行分析，并提出相關的改進措施。

數值仿真技術具有良好的可觀性、安全性、重復性和經濟性，通過數值仿真與試驗的結合，可以達到定位故障原因、指導工程實踐的目的。國內外學者已系統地建立了描述火箭發動機各組合件動態過程的數學模型，并在實踐中得到了充分的驗證。本文結合系統結構特點，在MWorks仿真平臺搭建預壓渦輪泵驅動過程的仿真計算模型。其中，對預壓泵采用Suter全特性模型，對預壓渦輪入口和出口管路建立排空模型，對排放路考慮兩相流動壓降變化。通過仿真手段分析啟動初期氣體反流的產生原因，為改進與優化提供參考。

1 氦氣驅動預壓渦輪泵試驗簡介

圖1(a)為預壓渦輪泵驅動試驗原理圖，入口處的液體工質在主路通過預壓泵進行增壓；氣瓶中的氦氣經減壓器后，依次通過孔板、渦輪入口管路，對預壓渦輪作功后，再通過排放路排向外界。

預壓渦輪泵的結構如圖1(b)所示，預壓渦輪與泵之間采用了間隙密封的形式。……