单向阀流路系统自激振荡特性研究

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1、第37卷第3期2011年6月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．37．No．3Jun．2011单向阀流路系统白激振荡特性研究刘上，刘红军，徐浩海，程亚威，段捷，李春红(西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：针对液流试验中出现的单向阀系统自激振荡现象，建立了描述该系统动态过程的非线性动力学模型。通过数值计算证实了系统在一定条件下出现极限环，系统是局部稳定，大范围不稳定，计算结果与试验相吻合。分析了此系统产生自激振荡的原因、影响因素及抑制措施。关键词：单向阀；非线性系统；自激振荡；试验验证；稳定性中图分类号：V433—34文献标识码：A文章编号

2、：1672—9374f2011103—0001—06Researchofself-oscillationcharacteristicsofcheckvalveflow—pathsystemLIUShang，LIUHong-jun，XUHao—hai，CHENGYa-wei，DUANJie，LIChun—hong(xi’anAerospacePropulsionInstitute，Xi’an710100，China)Abstract：Inordertoinvestigatetheself-oscillationphenomenonofthecheckvalvesystemhap—p

3、eninginthehydraulicexperiments，anonlineardynamicsmodelwasestablishedtodescribethedy-namicprocessofthesystem．Thelimitcycleoscillationwasemergedunderspecifiedconditionsthroughthesimulationtests．Itisfoundbythenumericalcalculationthatthesystemislocalstablebutunstableinlargescale．Thesimulationresu

4、ltsagreewellwiththeexperimentalones．Thereasonswhythesytemproducesself-oscillation，theinfuencingfctorsofself-oscillationandthemeasuresrestrain—ingtheself-oscillationareanalyzed．Keywords：checkvalve；nonlinearsystem；self-oscillation；experimentvalidation；stability0引言在某次发动机试车中，向阀前后节流圈流阻很大，向阀额定流量，实际

5、压降不足以维持阀芯完全打开，阀芯出现颤振。从而在发生器氧系统引入脉动激励源，并形成了氧系统一发生器一燃料供应系由于蒸发器路液氧单统的耦合振荡，发动机结构振动大幅增加，导致液氧流量大大低于单试车中止。试车后分解发现阀芯配合圆柱面及密收稿日期：2011-02—26；修回日期：2011—04—11基金项目：国家航天技术支撑项目作者简介：刘上(1984一)，男，博士研究生，研究领域为液体火箭发动机系统2火箭推进2011年6月封端面出现严重磨损。为了验证液氧单向阀流路自激振荡特性，试车后进行了液流模拟试验。在一定进出口压力条件下，复现了液氧单向阀的颤振状态，流路中压力脉动频谱如图1所示。且

6、液氧单向阀上的振动远大于导管振动，表明729Hz突频是由液氧单向阀颤振引起，且分解后阀芯配合圆柱面上有明显碰磨痕迹。图1液流试验中自激振荡频谱图Fig．1Frequencyspectrogramofself-oscillationinliquidflowexperiment但在试车和液流试验过程中，单向阀并不是一开始就出现颤振，并且在试验中同样进出口压力条件下，前一次试验中阀芯出现颤振，后一次又有可能不出现。一旦出现颤振，之后能一直维持下去，且单向阀白激振荡频率随进出口压差增大而有一定的降低。为了解释这一复杂的现象，避免试车中类似问题重复出现，有必要深入地分析单向阀出现自激振荡的

7、原因和振荡频率特性。本文通过对单向阀流路系统建立非线性动力学模型，采用基于数值仿真和非线性动力学理论方法[1．21，计算分析了液流试验中单向阀流路系统产生自激振荡的特点和条件。1数学模型本文针对图2中单向阀液流试验系统建立数学模型，作如下假设：1)管道与腔道内的流动为一维流动；2)所有管壁与腔道内壁都为刚性壁面；3)水中声速为定值；4)计算中假设图中流路系统进出口压力Pi。、P。为定值。流体管路采用分段集中参数动力学模型，为了能精确模拟出单向阀出现的中高频激振现象，管路分段长度应