[發明專利]一種真空羽流對任意構型設備的影響確定方法

在審

• 申請號: 202010732677.X
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN112100734A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 王黎珍;鄭世貴;張旭;周耀華;遲軍;史紀鑫;王東;杜卓林;鄭偉
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06F30/28;G06F119/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

1.一種真空羽流對任意構型設備的影響確定方法，其特征在于步驟如下：

1)利用推力器燃燒室熱力計算模型，根據推力器燃燒室總壓和燃料比例，得到燃燒產物平衡組分及其熱力參數；

2)建立推力器內外區域二維軸對稱流場網格，以燃燒產物平衡，分為流動工質，進行推力器內外流場計算；

3)根據航天器星表設備PROE模型，抽取保留星表設備曲面特征。根據星表設備曲面特征，搭建星表設備三維殼體幾何模型，并對設備面進行網格劃分；

4)遍歷步驟3)求得的網格點數據和步驟2)中求得的內外流場數據，得到網格中心點處流場特征參數；

5)根據修正牛頓理論和Knudsen模型，確定真空羽流對復雜構型設備上的羽流力、熱和污染影響。

2.根據權利要求1所述的一種真空羽流對任意構型設備的影響確定方法，其特征在于：所述步驟1)的具體過程為：根據經驗給定初始燃燒溫度和燃燒產物構成，利用最小吉布斯自由能法求解質量守恒方程和化學平衡方程，計算得到給定溫度和壓強條件下燃燒產物平衡組分；基于絕熱-化學平衡模型總焓不變假設，采用Newton-Raphson方法迭代求解絕熱燃燒溫度及該溫度下的燃燒產物平衡組分；在當地化學平衡或者固定成分假設下，計算得到燃燒產物平衡組分混合熱力參數，包括氣體壓強、密度、摩爾質量、定壓比熱和比熱比。

3.根據權利要求1所述的一種真空羽流對任意構型設備的影響確定方法，其特征在于：所述步驟2)的具體過程為：對于推力器內部流場，假設為層流，用N-S方程求解器計算推力器內部亞聲速或超聲速流動；推進器外部噴嘴附近區域忽略黏性，用Euler方程求解器計算流場；對于推力器外部遠離噴嘴區域，采用基于工程經驗的點源法進行流場計算。

4.根據權利要求3所述的一種真空羽流對任意構型設備的影響確定方法，其特征在于：所述推力器外部噴嘴附近區域為距離噴嘴100喉部半徑內區域，所述推力器外部遠離噴嘴區域為距離噴嘴100喉部半徑外區域。

5.根據權利要求1所述的一種真空羽流對任意構型設備的影響確定方法，其特征在于：所述步驟3)的具體過程為：對于航天器星表設備，首先根據PROE模型將其簡化為由曲面組成的三維殼體；關于組成殼體的曲面，分為簡單幾何外形曲面和復雜幾何外形曲面兩大類；所述華簡單幾何外形曲面定義為可以用一次方程和二次方程解析描述的曲面，一次方程具體形式見式(1)，二次方程具體形式見式(2)；所述復雜幾何外形曲面定義為不能用式(1)和式(2)解析描述的曲面；當式(1)和式(2)中的14個系數分別取不同的值時，代表了不同的曲面類型；通過對曲面二維方向定義合適的節點個數，用三角形和四邊形網格完成二次曲面網格劃分；對于不能用式(1)和式(2)解析描述的復雜曲面，將其導入PATRAN軟件，利用自動劃分工具Paver完成復雜曲面網格劃分；根據面網格對應節點，針對三角形網格利用三節點或針對四邊形網格利用四節點加權平均計算出網格中心點坐標，利用平面幾何關系計算出網格平面法向方向。

c₁x+c₂y+c₃z+d＝0 (1)

a₁₁x²+a₂₂y²+a₃₃z²+2a₁₂xy+2a₁₃xz+2a₂₃yz+b₁x+b₂y+b₃z+c＝0 (2)

其中c1、c2、c3和d為一次方程系數；a11、a22、a33、a12、a13、a23、b1、b2、b3和c為二次方程系數。