[發明專利]一種快速預估姿控雙組元推力室尺寸重量的方法

有效

• 申請號: 201811527811.1
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109670232B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 胡海峰;李曉瑾;肖明杰;程奇峰;李亮;欒葉君;胡偉
• 申請（專利權）人: 西安航天動力研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

1.一種快速預估姿控雙組元推力室尺寸重量的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：將姿控雙組元推力室進行分解，分為頭部、身部和噴管三個大的部分；

S2：根據總體的技術指標要求，獲得優選室壓下的熱力性能參數數據；

S3：根據選擇的室壓、總體的技術指標要求、熱力性能參數及流強修正系數、熱返浸修正系數，計算身部、噴管、頭部結構尺寸，得到推力室內型面尺寸包絡；

S4：根據熱力氣動計算得到推力室沿軸線方向不同位置的壓強、溫度分布參數；根據強度校核公式預估推力室壁厚，采用回轉方式結合選擇不同部位材料密度，計算得到推力室的重量。

2.根據權利要求1所述的快速預估姿控雙組元推力室尺寸重量的方法，其特征在于，步驟S3中，通過如下過程計算身部結構尺寸：

S31：根據步驟S2獲取的熱力性能參數數據結合總體的技術指標要求，計算噴管喉部半徑Rt；

At＝C*·η_c·F/Is/Pc Rt＝sqrt(At/π)；

其中，At為喉部面積，C*為特征速度，η_c為燃燒效率，F為推力，Is為比沖，Pc為優選室壓；

S32：根據選定的收縮比ε_c確定身部的半徑Rc；

Rc＝sqrt(ε_c)·Rt；

通過選擇的收縮半角β及特征長度計算身部長度，包括收縮段長度Lc2及圓筒段長度Lc1；

Lc2＝(Rc-Rt)/tanβ

其中，Vc為推力室容積，V_c＝L^*·A_t，L*為特征長度，Rc為身部的半徑，Rt為噴管喉部半徑；

或，當燃氣停留時間較長時或者認為沒有達到臨界面就已完全燃燒時，通過下式計算前段圓筒段長度Lc1；

3.根據權利要求1所述的快速預估姿控雙組元推力室尺寸重量的方法，其特征在于，步驟S3中，通過如下過程計算噴管結構尺寸，包括噴管收斂段及噴管擴張段：

噴管收斂段：

噴管收斂段型面由半徑為Rcc的進口圓弧、半徑為Rc1的喉部上游圓弧和直線段三部分組成；其中Rcc＝5×Rt；Rc1＝(1.5～2)×Rt；直線段采用作圖法，上游圓弧和下游圓弧確定后直線和上述兩段圓弧相切，即可得到直線段；

噴管擴張段：

a)錐形噴管：

噴管出口直徑Re

Re＝sqrt(ε)·Rt；

擴張段長度Ln：

Ln＝(Re-Rt)/tanα；

其中α為噴管擴散半角；

b)雙圓弧噴管：

設組成雙圓弧噴管的兩個圓弧的圓弧方程為：

其中，

X₀＝Ln+R₀sinφ；

其中：

其中φ為噴管出口半角，為噴管相對長度；

c)最大推力噴管：

用幾何方法確定最大推力噴管型面近似方程為拋物線方程：

X＝aY²+bY+c，

其中：

c＝X1-aY1²-bY1；

其中：X1＝R_tdsinα，Y1＝R_td(1-cosα)+R_t，R_td為噴管喉部下游圓弧半徑；X2＝L_n；Y2＝Re，

4.根據權利要求1所述的快速預估姿控雙組元推力室尺寸重量的方法，其特征在于，步驟S3中，采用實心圓柱體結構表征頭部，通過如下過程計算頭部結構尺寸：

l_頭部＝f(F,Pc,η_c,η_h)

V_頭部＝l_頭部·π·Rc²

式中，l_頭部表示頭部沿軸向長度；

η_c表示流強修正系數；

η_h表示流強修正系數；

V_頭部表示頭部的體積。

5.根據權利要求1所述的快速預估姿控雙組元推力室尺寸重量的方法，其特征在于，步驟S5具體為：

S51)根據S3步驟計算得到的推力室內型面幾何參數，結合室壓和熱力學計算得到的燃氣總溫參數，同時引入冷卻效率修改參數，計算得到沿軸線方向，不同軸線位置溫度和壓力分布參數；

S52)根據選擇的推力室安全系數，推力室不同部位的材料屬性信息，結合S51)步驟計算得到的推力室不同軸線位置溫度和壓力分布參數，以該溫度下材料的物性參數為依據，采用工程強度校核經驗公式計算得到推力室身部、噴管沿軸線方向不同位置的壁厚h；

其中P_c.max為給定軸向位置處當地靜壓；

σ_0.2為材料的屈服極限；

R為給定軸向位置的半徑；

為選擇的安全系數；

根據內型面參數結合個體位置壁厚，加上頭部設計尺寸，即可得到全推力室的尺寸包絡參數；

S53)根據全推力室的尺寸包絡參數，以及計算得到的身部、噴管不同位置的壁厚，以回轉體方式，統計身部、噴管體積V；

V＝∑dx·2·R·π

其中dx為姿控推力室軸向方向尺寸變化；

R為給定軸向位置的半徑；

S54)結合選擇的材料屬性，結合步驟S53)得到的頭部體積、身部、噴管體積分別計算三個部分質量，三個部分匯總即可得到推力室的預估質量；

m_推力室＝m_頭部+m_身部+m_噴管

m_推力室為預估得到的推力室重量；

m_頭部為預估得到的頭部重量；

m_身部為預估得到的身部重量；

m_噴管為預估得到的噴管重量。