● 摘要
各国航天事业的发展历史表明，氢氧火箭发动机为各种运载器提供了高性能的动力装置，它是人类进行航天活动的重要支柱。氢氧火箭发动机的涡轮泵装置不但可以降低推进剂贮箱压力，减小发动机的结构质量，而且可以大幅度提高燃烧室压力，获得更高的比冲。液氧泵具有扬程高、结构紧凑、维护方便、可靠性能好等优点，它的性能对整个涡轮泵系统有着至关重要的作用。目前，液氧泵运行中所存在的主要问题有流动损失过大、泵入口出现压力脉动以及诱导轮内汽蚀所引发的一系列破坏现象等。流场计算是当前对泵进行研究的主要手段之一，而流场优化计算又比较依赖于各过流部件的造型精度和速度。叶轮叶片的造型是比较繁琐的过程，这就给流场计算带来了很大的不便，降低了研究的效率。本文所研究对象为某氢氧火箭发动机液氧泵，其过流部件由诱导轮、导流支座、叶轮和蜗壳四部分组成。基于叶片造型理论研究基础，本文编写了叶轮设计软件，并以实例的形式阐述了该软件的设计过程。另外，对研究对象进行了不可压流场计算，分析得出蜗壳为流动损失最大的过流部件。针对蜗壳损失过大的现象，重新设计了诱导轮、导流支座、叶轮和蜗壳，并通过对重新设计的液氧泵进行流场计算，发现效率提高了2.5%，扬程提高了80m。在对整台泵进行非定常计算的基础上，发现增加导流支座叶片的数目，可以降低泵入口的压力脉动。最后，本文对诱导轮进行改进设计。同时，通过汽蚀流场计算，证明了改进设计能在一定程度上提高诱导轮的汽蚀性能。