摇摆软管是液体火箭发动机推进剂供应系统的一个关键组件，在火箭飞行过程中从箭体贮箱向火箭发动机输送推进剂，同时补偿火箭调姿时所产生的位移变化。某型运载火箭发动机使用的氧化剂为液氧，氧化剂摇摆软管在摇摆工作过程中不但承受摆动产生的交变载荷，同时还要承受液氧的低温环境。因此，有必要研究氧化剂摇摆软管低温疲劳特性。氧化剂摇摆软管目前多采用多层薄壁波纹管结构，由于其结构形式和工作环境的特殊性以及制造工艺的复杂性，影响摇摆软管的低温疲劳特性因素较多。目前没有成熟的理论方法准确预测结构低温疲劳特性，一般通过摇摆软管低温疲劳试验获得其疲劳特性是目前最直接有效的方法。

摇摆软管低温疲劳试验最直接的方法是搭载热试车或冷摆试验。但热试车或冷摆方法需要发动机系统运行，试验系统复杂，成本高，而且不宜长时间进行疲劳试验。相关单位曾利用一套液氮循环供应系统对摇摆软管输入低温介质，采用与摇摆软管轴线平行的两个油缸反向运动驱动摇摆软管实施摇摆疲劳试验。该方法尽管能够模拟氧化剂摇摆软管的低温环境，但是其摇摆误差大，摇摆频率低，且只能进行单向摇摆，无法完全模拟某型运载火箭发动机氧化剂摇摆软管的工作边界。本文针对某系列运载火箭发动机氧化剂摇摆软管的试验要求，解决了氧化剂摇摆软管低温疲劳试验过程中工作边界模拟、单向摇摆和双向摇摆工况模拟、低温压力环境模拟、轴压引起软管伸长等试验技术难题。通过试验验证，该摇摆试验方法较为真实的模拟了摇摆软管的边界条件和低温摇摆工作环境，各项技术参数满足低温疲劳试验要求。

根据某系列运载火箭不同型号液体火箭发动机工作工况分析，氧化剂摇摆软管低温疲劳试验主要技术参数如下：

1）安装边界：与氧化剂摇摆软管在发动机上的实际安装边界一致；

2）摇摆工况：绕X轴单独摇摆，绕摇摆关节互为90°的X和Y轴同时摇摆，绕X轴单独摇摆和绕Y轴单独摇摆；

3）摇摆角度：α=0～±10°，摇摆角度为绕常平座摇摆轴的摆动角度；

4）摆动频率：f=0～2.5 Hz，可调；

5）内腔温度：T=-180±10 ℃；

6）内腔压力：p=0～0.95 MPa，可调。

根据某系列运载火箭发动机摇摆软管低温疲劳试验要求，在摇摆软管低温疲劳试验系统上对某型氧化剂摇摆软管进行低温疲劳试验验证。分别进行不同角度、不同摇摆频率和试验压力环境下摇摆软管的摇摆试验，试验工况如表2所示。试验覆盖要求的技术参数，试验过程监测的摆动波形与输入波形基本一致。摇摆过程平稳，摇摆角度的频率、幅值以及试验压力均在2%范围内。试验过程监测的温度满足-180±10 ℃温度容差要求，在最大摇摆角度、摇摆频率及试验压力工况下连续双向摇摆5 000次，试验系统各部分均工作正常。试验结果表明，该系统满足摇摆软管低温疲劳试验要求。

表2 试验验证工况表
Tab.2 Working conditions of test verification

根据某系列运载火箭氧化剂摇摆软管低温疲劳试验要求，对试验的关键技术进行了深入研究，研制了一套摇摆软管低温疲劳试验系统。某型氧化剂摇摆软管低温疲劳验证试验结果表明：

1）摇摆试验系统能够真实地模拟摇摆软管的摇摆工况，安装边界与摇摆软管实际工作状态边界基本一致，可以方便实现单向摇摆、双向摇摆疲劳试验。以液压伺服油缸作为驱动设备、角位移传感器反馈控制的摇摆驱动技术可以根据摇摆软管实际工作要求实现不同摇摆频率、摇摆角度的试验工况。试验系统结构简单、容易实现，且摇摆角度和频率控制精确，满足氧化剂摇摆软管摇摆试验要求。

2）以自增压杜瓦罐作为液氮供应源的低温压力供应系统不但能够模拟摇摆软管实际工作的低温环境，同时内腔压力闭环控制能够准确模拟摇摆软管工作过程的内腔压力，且结构简单、容易实现。

3）采用带低温密封结构的可摆动活塞作为内压平衡分系统有效地平衡了摇摆软管内腔压力产生的轴向载荷，避免摇摆软管发生伸长，减小摇摆驱动系统所需要的驱动载荷，极大的简化了试验系统。