申请/专利权人：中国运载火箭技术研究院

申请日：2020-10-30

公开（公告）日：2024-03-26

公开（公告）号：CN112417775B

主分类号：G06F30/28

分类号：G06F30/28;G06F17/13;G06F17/11;G06F119/14;G06F119/08;G06F113/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.26#授权;2021.03.16#实质审查的生效;2021.02.26#公开

摘要：本发明公开了一种固体火箭发动机推力终止泄压过程内弹道性能计算方法，包括：建立含反喷管推力终止的固体发动机物理模型；根据含反喷管推力终止的固体发动机物理模型，解算得到在给定压强下发动机产生的合推力；根据发动机燃气生成与排出守恒方程，采用龙格库塔法，确定发动机燃烧室压强、发动机产生的合推力随时间的变化情况。本发明结合发动机推力终止反喷管型面特点，根据气动参数关系和流动守恒方程，实现了固体火箭发动机推力终止泄压过程内弹道性能计算，解决了现有技术存在的计算精度与复杂度之间的矛盾问题。

主权项：1.一种固体火箭发动机推力终止泄压过程内弹道性能计算方法，其特征在于，包括：建立含反喷管推力终止的固体发动机物理模型；其中，含反喷管推力终止的固体发动机物理模型包括：燃烧室、主喷管、反喷管和推力终止装置；反喷管与发动机轴线方向的夹角为α；反喷管出口为直筒段带α+θ的斜切角形式，反喷管出口截面与发动机轴线方向的夹角为θ；反喷管的数量为N，沿周向均匀分布；主喷管产生向前的推力，推力终止装置打开后，反喷管产生向后的推力，主喷管与推力终止装置共同形成发动机合推力；同时，反喷管打开后对燃烧室压强的平衡状态产生影响，燃烧室推进剂燃烧产生的流量与主喷管、反喷管流出的流量重新形成平衡关系，影响发动机内弹道性能随时间的变化；根据含反喷管推力终止的固体发动机物理模型，解算得到在给定压强下发动机产生的合推力；包括：根据含反喷管推力终止的固体发动机物理模型，解算得到主喷管产生的真空推力、反喷管产生的真空推力和给定环境压强下的推力补偿；根据解算得到的主喷管产生的真空推力、反喷管产生的真空推力和给定环境压强下的推力补偿，解算得到在给定压强下发动机产生的合推力；其中，反喷管产生的真空推力包括：反喷管沿自身轴线方向推力在发动机轴线方向的分力和反喷管产生的侧向推力在发动机轴线方向的分力；根据发动机燃气生成与排出守恒方程，采用龙格库塔法，确定发动机燃烧室压强、发动机产生的合推力随时间的变化情况；其中：主喷管产生的真空推力的解算步骤如下：通过式1，确定燃气比热比函数Γ： 其中，k表示燃气比热比；根据确定的燃气比热比函数Γ，通过式2计算得到主喷管真空推力系数CFm,vac： 其中，pem表示主喷管出口压强，pc表示燃烧室压强，εm表示主喷管扩张比，Atm表示主喷管喉部面积，Aem表示主喷管出口面积；根据计算得到的主喷管真空推力系数CFm,vac，通过式3计算得到主喷管产生的真空推力Fm：Fm＝CFm,vacpcAtm···3反喷管产生的真空推力的解算步骤如下：通过式4，计算得到反喷管真空推力系数CFv,vac： 其中，pev表示反喷管出口压强，εv表示反喷管扩张比；根据计算得到的反喷管真空推力系数CFv,vac，通过式5计算得到反喷管沿自身轴线方向推力Fa：Fa＝CFv,vacpcAta···5其中，Ata表示反喷管喉部面积；根据计算得到的反喷管沿自身轴线方向推力Fa，通过式6计算得到反喷管沿自身轴线方向推力在发动机轴线方向的分力Fav：Fav＝CFv,vacpcAtacosα···6通过式7，确定反喷管出口截面积Aev： 其中，Dev表示反喷管出口圆柱段直径；根据确定的反喷管出口截面积Aev，通过式8计算得到反喷管出口截面的侧向投影面积Aev,s：Aev,s＝Aevcosα+θ···8根据计算得到的反喷管出口截面的侧向投影面积Aev,s，通过式9计算得到反喷管产生的侧向推力Fs：Fs＝pevAev,s···9根据计算得到的反喷管产生的侧向推力Fs，通过式10计算得到反喷管产生的侧向推力在发动机轴线方向的分力Fsv：Fsv＝Fssinα···10根据式6和式10，通过式11计算得到反喷管产生的真空推力Fv：Fv＝Fav-Fsv···11给定环境压强下的推力补偿的解算步骤如下：根据式7，通过式12计算得到反喷管出口截面在发动机轴线法向截面上投影面积Aev,a：Aev,a＝Aevsinθ···12根据计算得到的反喷管出口截面在发动机轴线法向截面上投影面积Aev,a，通过式13计算得到给定环境压强下的推力补偿Fh：Fh＝paAem-NAev,a···13其中，pa表示环境压强；根据式3、11和13，通过式14解算得到在给定压强下发动机产生的合推力F：F＝Fm-NFv-Fh···14根据发动机燃气生成与排出守恒方程，采用龙格库塔法，确定发动机燃烧室压强、发动机产生的合推力随时间的变化情况，包括：确定发动机燃烧室压强的平衡方程： 其中，Vc表示燃烧室容积，C*表示特征速度，ρp表示推进剂密度，Ab表示燃面面积，a表示燃速系数，n表示压强指数，At表示喷管喉部总面积，t表示时间；At＝Atm+N·Ata···16记x＝t，y＝pc，则将式15转换为微分方程 取初值：x0＝0，y0＝pc0，采用四级四阶龙格-库塔法对式17进行求解： 其中，pc0表示初始时刻燃烧室压强，h表示计算的时间步长；根据式18的解算结果，得到pc随时间t的变化情况pct；将得到的pc随时间t的变化情况pct代入式14，得到在给定压强下发动机产生的合推力F随时间t的变化情况Ft。

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权利要求：

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