带螺旋静叶诱导轮的气蚀性能

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1、2016年12月第42卷第12期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsDecember2016V01．42No．12http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．1211DOI：10．13700／j。bh。1001-5965．2015．0818带螺旋静叶诱导轮的气蚀性能李欣1，李家文1’4，(1．北京航空航天大学宇航学院，北京100083；王珏2，刘中祥32．中国运载火箭技术研究院，北京100076；3．北京航天动力研

2、究所，北京100076)摘要：为了分析带螺旋静叶诱导轮的内部流动规律，利用计算流体力学(CFD)方法对带螺旋静叶诱导轮进行了仿真计算，研究了其扬程特性和气蚀性能。结果显示，安装螺旋静叶后，使诱导轮的扬程得到很大提升，但是因为螺旋静叶流道中回流较强，增大了回流损失，导致效率下降。随着诱导轮入口压力降低，带螺旋静叶诱导轮的气蚀区域受离心力作用，沿径向发展，由于堵塞螺旋静叶流道，推迟了诱导轮流道的堵塞时间，从而使诱导轮的气蚀性能得到改善。关键词：诱导轮；螺旋静叶；扬程；回流；气蚀性能中图分类号：V434+．212；TH311文献标识码：A文章

3、编号：1001．5965(2016)12．2654-08随着人类航天活动日益增多，对液体火箭的经济性和可靠性提出了更高的要求。在离心泵前安装高性能的诱导轮，不仅可以避免离心泵发生气蚀，缩小其尺寸，还可以减轻涡轮泵和推进剂贮箱的结构质量，从而减轻火箭的体积和重量，提高火箭的经济性和可靠性¨。。由于诱导轮入口压力低，流道中常常会发生气蚀，进而诱发一系列气蚀不稳定现象，如旋转气蚀心引、交替叶片气蚀"3和气蚀喘振哺3等，这些气蚀不稳定现象如果不加以抑制，会降低液体火箭发动机的性能，严重的甚至会导致发射失败⋯0

4、。针对气蚀不稳定现象，国外开展了大

5、量的实验研究。1997年，Hashimoto等⋯o通过对LE．7发动机的涡轮泵进行研究，发现改变诱导轮入口壳体形状，能够抑制旋转气蚀的发生。2001年，Yoshida等¨副通过交替切割四叶片诱导轮前缘的方式成功抑制了旋转气蚀。2007年，Choi等¨引研究了J型槽对诱导轮性能的影响，发现J型槽能够显著提高诱导轮的抽吸性能，并且改善低流量下诱导轮的气蚀性能。2013年，Watanabe等¨4o在前人的基础上，通过试验进一步研究了在人口加装非对称障碍板后的诱导轮气蚀性能。国内针对诱导轮气蚀不稳定现象的研究较少，而且主要通过数值模拟方法研究诱

6、导轮的内部流动与性能，以及与离心泵的流动匹配。2009年，陈晖等¨副通过数值模拟诱导轮二维叶栅中的非定常流动，研究了旋转气蚀，并对其机理进行了分析。2012年，郭晓梅等¨钊选择了5种短叶片位置不同的诱导轮，研究了长短叶片位置对离心泵气蚀性能的影响。2013年，唐飞等Ⅲo利用计算流体力学(CFD)方法分析了阶梯壳体和叶片打孔对诱导轮气蚀性能的影响。俄罗斯的AHKyⅡ14HOB[15]在民用泵上提出收稿日期：2015—12—17；录用日期：2016．03．11；网络出版时间：2016-04．1217：29网络出版地址：WWW．cnki．ne

7、t／kcms／detail／11．2625．V．20160412．1729．002．html基金项目：高超声速冲压发动机技术重点实验室资助项目}通讯作者：Tel．：010_82338529E-mail：lijiawen@buaa．edu．cn；f用格式：李欣，李家文，王珏，筝．带螺旋静叶诱导轮的气蚀性能fJT．．北京航空航天大学学报，2016，42(12)：2654．2661．LJx，LJJW，叭』vGJ，etaJ·Cavitati。nperformanceofinducerwithheJjeaJstaticbladesfJT．．Jou

8、rnalofBeqingUniyersityofAeronauticsandAstronautics，2016，42(12)：2654．2661(inChinese)．第12期李欣，等：带螺旋静叶诱导轮的气蚀性能在壳体上增加螺旋静叶来提高泵的扬程。为了分析带螺旋静叶诱导轮的内部流动规律，本文利用CFD方法对带螺旋静叶诱导轮进行了仿真计算，研究了该诱导轮的扬程特性和气蚀性能，并且与原诱导轮进行了比较。1研究对象本文研究的带螺旋静叶诱导轮的结构如图1所示。诱导轮为等螺距诱导轮，螺旋静叶固定在外围壳体上，其螺距与诱导轮螺距相等，方向与诱导轮相

9、反。图2为其平面展开图。诱导轮为一个民用诱导轮，设计流量Q=33L／s，扬程日=6．5m，转速／／,=1500r／min。诱导轮和螺旋静叶的具体参数见表1和表2。图1带螺旋静叶诱导轮结构Fig．1Struc