[發(fā)明專利]一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)模塊化建模仿真方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910087042.2
• 申請(qǐng)日: 2009-06-22
• 公開（公告）號(hào): CN101576939A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張黎輝;李偉;段娜;李晨;徐姍姍;潘輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所
• 代理人: 周長(zhǎng)琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)仿真方法，屬于液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程仿真領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，對(duì)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的建模與仿真，大都是針對(duì)某一具體型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)，建立數(shù)學(xué)模型并編制計(jì)算機(jī)程序，然后再進(jìn)行仿真計(jì)算和分析。這種方法很不靈活，缺乏通用性。每當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)方案變動(dòng)或需要對(duì)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行仿真計(jì)算時(shí)，需要花費(fèi)很多的時(shí)間和精力，重復(fù)復(fù)雜的建模過程，全部或者部分重新編制計(jì)算機(jī)程序。然而對(duì)于液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)這樣復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，采用上述方法仿真將需要浩大的軟件工作量，這往往妨礙了利用數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行深入的分析和研究。為了改善這一現(xiàn)狀，國(guó)防科技大學(xué)的劉昆等人開發(fā)了氫氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)特性仿真軟件LRETMMSS。該仿真軟件考慮液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和關(guān)機(jī)過程，采用管道-體積模塊劃分方法將液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)劃分為三大類共計(jì)21種部件模塊。但是目前只適用于氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)，如果仿真其它類型的發(fā)動(dòng)機(jī)則需要對(duì)軟件進(jìn)行大規(guī)模的改動(dòng)，并且由于其模塊種類有限，仍然缺乏通用性。

隨著液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷提高，部件的種類也越來越多，并且即使經(jīng)驗(yàn)再豐富也很難把所有的仿真需求都考慮周到，僅有21種部件模塊的仿真模塊庫，顯然不能滿足迅速發(fā)展的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)仿真技術(shù)的要求。只有以一個(gè)可以不斷豐富的模塊庫為基礎(chǔ)的仿真技術(shù)才能滿足液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工程需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)仿真中的通用性缺乏問題，按照模塊化建模思想，將發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)按物理邊界和實(shí)際功能分解為若干部件，分別對(duì)分解得到的各個(gè)部件建立仿真模塊，再把各個(gè)部件的仿真模塊拼接成發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，從而最終實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的仿真。按照模塊化建模思想，每個(gè)仿真模塊均擁有各自的參數(shù)和計(jì)算程序，只要給出合理的邊界條件，每一個(gè)仿真模塊都能進(jìn)行獨(dú)立的仿真計(jì)算。本發(fā)明構(gòu)造了用來描述發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的參數(shù)類，描述仿真計(jì)算程序的程序類和用以獲得邊界條件的接口類，并利用上述參數(shù)類、程序類和接口類，構(gòu)造了用來描述發(fā)動(dòng)機(jī)部件的部件類。本發(fā)明基于上述部件類構(gòu)建了一個(gè)模塊庫，用來存儲(chǔ)仿真模塊，與本領(lǐng)域內(nèi)其它方法中固定不變的模塊庫相比，可以靈活擴(kuò)展。隨著模塊庫的不斷擴(kuò)展豐富，其中仿真模塊越來越全面，利用本發(fā)明進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)仿真的優(yōu)勢(shì)才會(huì)越來越明顯，功能也將越來越強(qiáng)大，從而達(dá)到提高通用性的目的。

利用本發(fā)明提供的仿真方法進(jìn)行液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)仿真，具有通用性，具有以下步驟：

步驟一、首先根據(jù)組成發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的部件從模塊庫中選擇仿真模塊，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)仿真過程要用到模塊庫中不包含的仿真模塊時(shí)，需要?jiǎng)?chuàng)建新的仿真模塊來擴(kuò)展模塊庫，然后再用于發(fā)動(dòng)機(jī)仿真系統(tǒng)中，所述擴(kuò)展模塊庫包括以下步驟：

a)創(chuàng)建仿真模塊。上述模塊庫是基于部件類構(gòu)建的，即模塊庫中的仿真模塊都是使用部件類來創(chuàng)建。部件類由參數(shù)類、程序類和接口類構(gòu)建。作為部件類的對(duì)象，仿真模塊具有編輯參數(shù)、計(jì)算程序和接口的能力，但是一個(gè)新創(chuàng)建的仿真模塊尚不包含任何參數(shù)、計(jì)算程序和接口，但可以添加。

b)為仿真模塊編輯和設(shè)置參數(shù)。作為參數(shù)類的對(duì)象，一個(gè)參數(shù)具有名稱、類型、初始值等屬性，其功用在于可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并在計(jì)算程序中使用。所述的參數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)仿真過程的實(shí)際參數(shù)對(duì)應(yīng)。

c)為仿真模塊編輯計(jì)算程序，用于模擬實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況。作為程序類的對(duì)象，其功用在于存儲(chǔ)計(jì)算程序代碼和利用已經(jīng)編輯好的參數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算。本發(fā)明利用一個(gè)模擬的C語言編輯器來實(shí)現(xiàn)代碼的運(yùn)算。

d)為仿真模塊編輯接口，用于與其它模塊進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)交換。作為接口類的對(duì)象，接口的功用在于連接發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的仿真模塊并在它們之間傳遞數(shù)據(jù)，在仿真計(jì)算之前獲取仿真模塊的邊界條件。

e)將仿真模塊以文件的形式保存到模塊庫中，以備搭建發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)時(shí)使用。

步驟二、把仿真模塊連接成發(fā)動(dòng)機(jī)仿真系統(tǒng)。

每個(gè)仿真模塊都具有若干個(gè)接口，每?jī)蓚€(gè)仿真模塊之間通過一對(duì)接口進(jìn)行連接，若干個(gè)仿真模塊連接后形成一個(gè)新的仿真模塊。如果發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的仿真模塊數(shù)量過于龐大，可以先將相連的多個(gè)模塊整合為一個(gè)新的模塊。

所述的整合是利用部件的類的整合功能來實(shí)現(xiàn)的，部件類的構(gòu)造是嵌套的，所以仿真模塊中也可以嵌套仿真模塊，本發(fā)明利用這種嵌套的特性實(shí)現(xiàn)整合。

步驟三、設(shè)置系統(tǒng)仿真參數(shù)，進(jìn)行仿真運(yùn)算，并顯示仿真結(jié)果。

發(fā)動(dòng)機(jī)仿真系統(tǒng)搭建完畢之后，設(shè)置積分步長(zhǎng)和算法，然后進(jìn)行仿真運(yùn)算和結(jié)果顯示。

相比發(fā)動(dòng)機(jī)仿真領(lǐng)域內(nèi)其它方法，本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)在于：