誘導輪超同步旋轉空化傳播機理

項 樂，李春樂，許開富，陳 暉

(西安航天動力研究所，陜西 西安 710100)

0 引言

誘導輪是安裝在渦輪泵主泵上游的一種軸流泵，通過適當增壓提升來流壓力，從而提高主泵的空化性能。由于其安裝角小、稠度大等結構特點，能夠在一定程度的空化條件下正常工作，而不發生明顯的揚程性能下降。然而即便在設計工況下，誘導輪內也可能發生空化誘發的流動不穩定現象，例如我國新一代高壓補燃循環液氧煤油液體火箭發動機研制過程中，超同步旋轉空化現象長期以來是導致渦輪泵振動量級過高的重要激振源之一，我國在研的500 tf級液氧煤油發動機渦輪氧泵水試和熱試車中均出現了明顯的超同步旋轉空化現象，其特征頻率幅值顯著大于葉輪轉頻幅值，導致振動幅值偏高，目前尚無有效技術手段徹底抑制，因此亟需對誘導輪超同步旋轉空化現象發生機理展開深入研究，在渦輪泵設計階段對該現象進行抑制，從而提升發動機的可靠性。

超同步旋轉空化是旋轉空化現象的一種，是相對于同步旋轉空化和次同步旋轉空化而言的。旋轉空化現象是指誘導輪3個葉片上空化區波動沿周向傳播的一種流動不穩定現象，按傳播的頻率不同可以分為3類：空化區波動傳播頻率快于誘導輪轉速(或者傳播方向與誘導輪旋轉方向相同)則是超同步旋轉空化，對應的頻率一般大于1；空化區波動傳播頻率與誘導輪轉速一致，則是同步旋轉空化，空化區波動相對于葉片是固定的，對應的頻率為1；……