● 摘要
在各种类型的液体火箭发动机中，都使用了不同类型的动密封结构，作为发动机系统的重要构成部分，这些动密封的工作稳定性和可靠性都直接关系到发动机系统乃至整个运载火箭系统的安全。在国内外研制的不同型号的液体火箭发动机中，因动密封失效而引起的涡轮泵爆炸也屡见不鲜。可见，研究解决动密封的可靠性是一项非常重要的工作。作为现代液体火箭发动机的“心脏”，涡轮泵对动密封结构有着相对其它部位更为苛刻的性能要求：高速、高压、高温、“零泄漏”、尽可能小的轴向尺寸，大多数种类的机械密封都无法同时满足这些要求。考虑到浮动环密封在各类机械密封中有着很高的PV值，我们尝试在大推力液氢/液氧发动机氧涡轮泵上采用氦气隔离的气体浮动环密封形式。本文主要针对大推力液氢/液氧发动机氧涡轮泵的工作特点，通过理论分析、数值计算、数值模拟流场和试验验证等方法，建立CFD流场模型，对理论计算过程进行验证，优化浮动环内流路的流场分布，验证动密封系统工作的可靠性和性能。达到了课题研究的主要技术指标，初步解决了发动机研制模样阶段氦密封系统的氦气消耗量偏大的问题。为气体浮动环的密封形式的实际应用提供参数预估、结构实现等方面的参考。