可重复使用液体火箭发动机涡轮泵寿命预估方法研究

bb20920d · 发表于 2022-4-18 13:46:32

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雅宝题库解析：
航天发射具有安全性和经济性重要特性。随着科技的进步，航天运载器的安全性越来越高，如何降低航天发射成本就成为了下一个急需解决的难题。目前，国内航天运载器采用的都是一次性使用的火箭发动机，每一套火箭发动机都只可以完成一次发射任务，这势必造成很大的浪费。由于航天发射任务的特殊性，又使得人们不敢冒高风险重复使用这套推进装置。这一矛盾的出现，使得我们不得不去思考解决题目的办法。而研制可重复使用的航天运载器，增加运载器的发射次数是解决经济性难题的重要途径。本论文以航天飞机主发动机（SSME）高压液氢涡轮泵为对象，对其可重复使用性进行了研究。给出可靠寿命是航空产品定寿方法之一，这也是航天飞机研制初期确定寿命的根本依据。本文采用可靠性分析的故障树分析理论对航天飞机高压液氢涡轮泵可靠性指标进行了研究，同时利用仿真技术对航天飞机主发动机高压液氢涡轮泵的可用度和最佳预防维修周期进行了数字模拟。本文的研究重点是研究可重复使用性设计思想，确定高压液氢涡轮泵的可靠性指标和预防维修指标。以传统的可靠性设计理论为指导，提出了可重复使用性设计的基本概念和设计方法。在掌握涡轮泵故障模式基础上，通过故障树理论，分别建立了高压液氢涡轮、高压液氢泵和高压液氢涡轮泵的故障树。计算了涡轮泵故障树对应的可靠性指标，根据关键重要度大小，提出了提高其可靠性的措施。Monte-Carlo仿真方法具有模拟现实世界的特性，论文给出了仿真步骤，计算了SSME高压液氢涡轮泵的对应最大可用度的最佳预防维修周期。本文以当前航空航天寿命理论为基础，以提高涡轮泵使用寿命为目标，对可重复使用系统的概念和研究方法进行了初步的探索，提出了可重复使用系统的研究思路，编写了故障树计算程序，并对高压液氢涡轮泵故障树进行了计算。利用Monte-Carlo方法编程仿真计算了高压液氢涡轮泵的最佳预防维修周期。故障树计算结果较好地反映了各事件影响涡轮泵系统故障几率的大小，可靠性指标基本满足涡轮泵可重复使用性要求；最佳预防维修周期与SSME使用寿命期较好的匹配。该套理论为可重复使用液体火箭发动机涡轮泵设计和管理工作提供了理论依据。

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