雙增壓單向閥顫振特性分析及防顫策略

張維星，劉甲天，陳二鋒

(1.西昌衛星發射中心 文昌航天發射場，海南 文昌 571300；2.中國航天科技集團公司 北京宇航系統工程研究所，北京 100076)

0 引言

氣動單向閥是液體火箭增壓輸送系統的重要元件，地面氣源通過該閥向貯箱或氣瓶充氣，充氣完畢后在彈簧力和氣體壓力的作用下實現反向密封。為了提高系統工作的可靠性，防止單向閥在測試或飛行過程中因密封失效導致氣體泄漏，我國新一代運載火箭低溫貯箱一般采用雙單向閥串聯的增壓方式。但是在實際應用過程中，該種增壓方式曾多次發生因閥芯密封失效導致氣體泄漏的故障，火箭測試發射流程因此而受到比較大的影響。通過對故障單向閥進行研究發現，閥芯密封失效的主要原因在于：單向閥在工作過程中，因閥芯顫振致使其與金屬彈簧密封圈的接觸部位出現損傷，損傷累積導致閥芯—殼體運動副的導向面出現劃痕，最終使得閥芯回位受阻、密封失效。

氣動閥門的顫振涉及流固耦合、動力學、振動等很復雜的多學科交叉問題，振動機理復雜，分析和驗證難度較大。多年來，國內外學者對該問題開展了一些有益的研究工作，建立了閥門振動的動力學模型，并取得了一定研究成果。陶玉靜、戴佳等針對電動氣閥的電動過程和氣動過程進行了仿真分析，獲得了閥芯的運動規律及動態響應特性。王劍中等基于彈簧振子的擾動響應特性，構建了單向閥的氣固耦合動力學模型及穩定性模型，并在試驗驗證的基礎上得到了單向閥的壓力—流量臨界穩定性曲線。……