液氢涡轮泵转子系统非线性随机稳定性研究

液氢涡轮泵是液体火箭发动机的心脏，也是未来可重复使用运载器研制中的核心技术之一。液氢介质的特殊性质和复杂、极端的运行条件使其极易受干扰引发转子系统失稳破坏。由于大气湍流、推力室燃烧放热不均匀等造成的随机激励以及转子内阻尼随机性的存在，研究液氢涡轮泵转子系统非线性随机稳定性显得十分重要。项目以国家重大需求为导向，根据Hamilton体系下能量－动量方法的基本理论建立有效的非线性随机稳定性判别准则，提出高效、准确的复杂非线性转子系统的随机稳定性分析方法；研究随机激励和内阻尼的随机特性，选取密封和滚动轴承的非线性动力学模型，在Hamilton体系下建立液氢涡轮泵转子系统的非线性随机有限元动力学模型；研究多失稳因素作用下液氢涡轮泵转子系统的非线性随机稳定性，探究随机性和多种失稳因素相互作用诱发转子系统不稳定问题的规律和内在机理。为液氢涡轮泵的可靠性研究、优化设计和健康诊断提供理论依据和分析方法。

本项目以国家重大需求为导向，研究了液体火箭发动机的心脏—液氢涡轮泵转子系统中由于大气湍流、推力室燃烧放热不均匀等造成的随机激励以及参数随机性引起的转子系统随机稳定性。 主要完成了以下几个方面的工作：（1）研究了液氢涡轮泵转子系统中关键的非线性因素及失稳处理措施；（2）根据Hamilton体系下能量－动量方法的基本理论建立了有效的非线性随机稳定性判别准则，对转子系统的随机稳定性进行分析；（3）结合转子系统中局部非线性特点，提出了高效、准确的复杂非线性转子系统的随机响应和稳定性分析方法；（4）研究随机激励和内阻尼的随机特性，选取密封和滚动轴承的非线性动力学模型，建立了液氢涡轮泵转子系统的非线性随机有限元动力学模型；（5）研究多失稳因素作用下液氢涡轮泵转子系统的非线性随机稳定性，探究随机性和多种失稳因素相互作用诱发转子系统不稳定问题的规律和内在机理。本项目的研究成果为液氢涡轮泵的可靠性研究、优化设计和健康诊断提供理论依据和分析方法。