单向阀流路系统自激振荡特性研究

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）

0 引言

在某次发动机试车中，由于蒸发器路液氧单向阀前后节流圈流阻很大，液氧流量大大低于单向阀额定流量，实际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-发生器-燃料供应系统的耦合振荡，发动机结构振动大幅增加，导致试车中止。试车后分解发现阀芯配合圆柱面及密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。且液氧单向阀上的振动远大于导管振动，表明729 Hz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.1 Frequency spectrogram of self-oscillation in liquid flow experiment

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，且单向阀自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[1,2]，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。……