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2025年4月推进技术Apr.2025

第46卷第4期JOURNALOFPROPULSIONTECHNOLOGYVol.46No.4

液体火箭发动机涡轮泵振动问题研究现状及展望*

王珏，窦唯，杜家磊，金志磊1222

（1.中国运载火箭技术研究院，北京100076；

2.北京航天动力研究所，北京100076）

摘要：涡轮泵作为液体火箭发动机的核心高速旋转增压组件，其振动特性研究涉及多学科交叉领

域，涵盖流体力学、结构力学、转子动力学及热力学等。本文系统梳理了涡轮泵振动问题的研究进展，

从结构激振、流体激振和耦合振动三个维度展开论述：在结构激振方面，重点探讨了转子不平衡、动静

碰摩、轴系松动及内摩擦等典型问题，在流体激振方面，深入分析了动静干涉流体激振、喘振、空化

等；在耦合振动方面，主要讨论了密封-转子耦合、涡轮颤振等多物理场耦合问题。针对大推力可重复

使用发动机的研制，指出需要在振动引起的涡轮泵关键构件动应力与疲劳寿命关系，涡轮泵大幅偏离设

计工况引起的流体激振问题，多因素耦合建模分析和振动的主动控制三方面加强涡轮泵振动问题研究，

以适应发动机大范围变工况、高可靠和长寿命工作要求。

关键词：液体火箭发动机；涡轮泵；结构激振；流体激振；耦合振动；综述

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中图分类号：V434.21文献标识码：A文章编号：1001-4055（2025）04-202502030-16

DOI：10.3724/j.issn.1001-4055.202502030

身以及发动机的可靠性和寿命具有重要意义。

1引言

国内外研究人员对涡轮泵的结构动力学、振动

作为航天运载系统的核心动力装置，液体火箭特性及其故障模式进行了大量系统性研究。涵盖了

发动机的性能与可靠性，直接决定着航天任务的成结构力学、流体力学、热力学、转子动力学等多个学

败。发动机作为复杂的流体-机械热力学系统，通常科，为涡轮泵振动问题的分析和解决提供了理论支

在极高的温度和压力、强烈的侵蚀、高密度的能量释撑。近年来，随着重复使用技术的发展，发动机面临

放等极端物理条件下运行，有超过半数的运载火箭的工作条件更加复杂，对涡轮泵振动控制的要求也

［1］

故障都是与发动机相关。在液体火箭发动机的关越来越高，振动研究多学科耦合的趋势越来越明显。

键组件中，涡轮泵作为发动机的“心脏”，运行过程中鉴于涡轮泵在液体火箭发动机中的重要性以及

面临着高转速、高压差、大温度梯度以及复杂流体力其振动问题对发动机性能和可靠性的影响，本文系

学环境等极端工况，是发动机的主要振源和最易发统梳理国内外涡轮泵振动问题的研究进展，分析当

［2］

生故障的部件之一。近年来，随着可重复使用火箭前研究的不足之处，并提出未来的研究方向，希望为

的发展，总体对发动机提出了适应复杂工况和极限我国液体火箭发动机涡轮泵的设计和优化提供参

载荷条件、长寿命和多次重复使用的新要求。因此，考，进一步提高我国航天装备的可靠性和安全性。

振动导致的发动机结构破坏、疲劳损伤、可靠性降低