科创中国

高新技术改造传统产业

该项技术应用于常规运载火箭发动机管路振动疲劳寿命评估及验证，对增加改进措施后发动机复杂结构进行了激励载荷识别、仿真模型修正和振动疲劳寿命评估，获得了发动机在多种预设载荷下的安全服役极限，对提高发动机强度的基础研究水平、载荷准确定量分析、结构疲劳寿命预估、振动疲劳试验等方面具有重要意义。研究成果为神舟十二、十三、十四等载人航天任务的圆满完成提供了有力的技术保障，同时在常规运载火箭上百次飞行任务中得到充分验证，具有较高的技术成熟度。 （1）神舟十二号、神舟十四号载人火箭飞行前，二级发动机在试车和飞行中发生振动超历史包络的大振动问题，对载人发射产生不利影响。针对大振动及潜在的结构强度和可靠性问题，采用提出的管路振动疲劳寿命评估及验证方法体系，在失效机理分析、振动疲劳载荷条件制定、故障复现试验、结构改进方案评估及验证等技术环节发挥了重要作用，有效提高了管路结构的抗振性能，并获得了载人火箭发动机管路在多种预设载荷条件下的安全服役极限。

管路工作在强振动、流体高压和强烈脉动、高低温、多振源激励等恶劣环境中，其空间走向、连接与约束形式非常复杂，复杂燃烧、流动与机械振动等诱发的管路振动环境问题突出，面临故障率高、失效模式多、可靠性差等实际风险。据统计，在发动机热试车及飞行任务中，多次出现振动问题直接导致管路及其支撑结构的开裂、断裂等现象，约占发动机总故障率的30%以上，且90%属于疲劳损伤或谐振失稳，管路是发动机故障率最高的组件之一。通过数据分析及故障机理研究表明，问题的主要诱因是发动机的燃烧组件振动较以往明显偏大，且受涡轮泵、发生器等多振源的共同作用，导致主机燃气发生器燃料入口管、燃气降温器燃料出口管、游机氧化剂导管、推力室与涡轮泵连接支板等疲劳寿命裕度不足，发生疲劳破坏，直接影响发动机研制、生产交付、甚至对载人航天任务的发射带来不利的影响。

时寒阳 航天液体动力全国重点实验室 工程师 杨茂 航天液体动力全国重点实验室 工程师 刘畅 航天液体动力全国重点实验室 工程师