[發(fā)明專利]一種運(yùn)載火箭低溫貯箱換熱過(guò)程仿真方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310371589.1
• 申請(qǐng)日: 2013-08-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103473396A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉超;陳二鋒;王海洲;丁建春;薛立鵬;冉振華;江海峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京宇航系統(tǒng)工程研究所;中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種運(yùn)載火箭低溫貯箱換熱過(guò)程仿真方法，適用于低溫動(dòng)力運(yùn)載火箭貯箱在地面試驗(yàn)、飛行工作過(guò)程中的換熱性能分析。

背景技術(shù)

低溫動(dòng)力運(yùn)載火箭貯箱在動(dòng)力系統(tǒng)工作期間，推進(jìn)劑出流的同時(shí)，增壓氣體進(jìn)入貯箱，增壓氣體與貯箱壁面和推進(jìn)劑之間均存在熱交換。影響貯箱內(nèi)氣枕壓力的關(guān)鍵因素包括：增壓氣體流量、增壓氣體溫度、氣枕容積變化率、貯箱內(nèi)氣枕的換熱。

現(xiàn)有增壓輸送系統(tǒng)仿真模型能夠較準(zhǔn)確考慮增壓氣體流量、溫度、氣枕容積變化率對(duì)貯箱壓力的影響，但在計(jì)算氣枕?yè)Q熱量時(shí)，一般使用根據(jù)遙測(cè)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)修正換熱系數(shù)的方法，該計(jì)算方法僅適用于特定工況，普適性差。要準(zhǔn)確計(jì)算貯箱氣枕壓力，評(píng)估系統(tǒng)的增壓能力，需要對(duì)貯箱內(nèi)的熱交換過(guò)程正確建模，減小由于貯箱內(nèi)換熱計(jì)算誤差造成的氣枕壓力計(jì)算偏差。

同時(shí)，貯箱箱體多為鋁合金材料，由于低溫推進(jìn)劑溫度低，該溫區(qū)內(nèi)鋁合金材料的熱導(dǎo)率隨溫度變化顯著，且與常溫?zé)釋?dǎo)率差別較大，如果不應(yīng)用低溫環(huán)境下隨溫度變化的熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)，在分析箱體內(nèi)的導(dǎo)熱過(guò)程及箱體與增壓氣體、推進(jìn)劑的換熱時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的計(jì)算誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種運(yùn)載火箭低溫貯箱換熱過(guò)程仿真方法，用于箭上低溫貯箱增壓換熱過(guò)程仿真。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種運(yùn)載火箭低溫貯箱換熱過(guò)程仿真方法，步驟如下：

（1）根據(jù)運(yùn)載火箭的工作時(shí)序，確定所述低溫貯箱的出流、增壓時(shí)序和推進(jìn)劑液位高度數(shù)據(jù)；

（2）根據(jù)集總參數(shù)方法建立所述低溫貯箱固壁導(dǎo)熱數(shù)學(xué)模型、增壓氣體與固壁之間的對(duì)流換熱數(shù)學(xué)模型以及貯箱氣枕壓力、溫度計(jì)算數(shù)學(xué)模型；

（3）根據(jù)步驟（2）中得到的數(shù)學(xué)模型，在系統(tǒng)仿真軟件中建立運(yùn)載火箭低溫貯箱換熱過(guò)程仿真模型；

（4）根據(jù)低溫貯箱的工作溫度區(qū)間內(nèi)低溫貯箱材料的熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)，擬合該工作溫度區(qū)間內(nèi)低溫貯箱材料熱導(dǎo)率隨溫度變化的曲線；

（5）根據(jù)步驟（4）中得到的曲線，基于所述系統(tǒng)仿真軟件的子模型建模工具建立所述低溫貯箱材料導(dǎo)熱計(jì)算模型，并將該低溫貯箱材料導(dǎo)熱計(jì)算模型應(yīng)用至所述低溫貯箱仿真模型之中；

（6）根據(jù)運(yùn)載火箭低溫貯箱的真實(shí)工況，在步驟（5）中更新后的低溫貯箱仿真模型中設(shè)置低溫貯箱的結(jié)構(gòu)參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，同時(shí)結(jié)合在所述低溫貯箱真實(shí)工況中低溫貯箱的材料參數(shù)和介質(zhì)物性參數(shù)，在系統(tǒng)仿真軟件中進(jìn)行所述低溫貯箱的換熱過(guò)程仿真。

所述步驟（2）中建立所述貯箱氣枕壓力、溫度計(jì)算數(shù)學(xué)模型具體為：