[發(fā)明專利]一種大推力液體火箭發(fā)動機(jī)質(zhì)量的快速計(jì)算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110068147.4
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112983681B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周城宏;程洪瑋;劉陽;韓秋龍;譚云濤;雍子豪;谷建光;劉鷹;朱雄峰;王一杉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍63921部隊(duì)
• 主分類號: F02K9/96
• 分類號: F02K9/96;F02K9/42;F02K9/44;F02K9/46;F02K9/52;F02K9/62
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 廖輝;郭德忠

本發(fā)明公開了一種大推力液體火箭發(fā)動機(jī)質(zhì)量的快速計(jì)算方法，該快速計(jì)算方法利用已有液體火箭發(fā)動機(jī)的質(zhì)量與設(shè)計(jì)參數(shù)的擬合關(guān)系進(jìn)行快速計(jì)算，并包括以下步驟：對已有液體火箭發(fā)動機(jī)的質(zhì)量與設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行擬合，獲取發(fā)動機(jī)各組件的質(zhì)量與參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系；根據(jù)質(zhì)量?參數(shù)的函數(shù)關(guān)系快速計(jì)算發(fā)動機(jī)的質(zhì)量。上述快速計(jì)算方法具有良好的便捷性、普適性和客觀性，可作為計(jì)算工具和評估工具在運(yùn)載火箭發(fā)動機(jī)總體設(shè)計(jì)過程中廣泛應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于火箭技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大推力液體火箭發(fā)動機(jī)質(zhì)量的快速計(jì)算方法。

背景技術(shù)

自1950年代以來，運(yùn)載火箭一直是人造航天器進(jìn)入空間的唯一方式，發(fā)動機(jī)的性能是運(yùn)載火箭高效、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行的基本保障，液體運(yùn)載火箭作為中大型、重型航天器最成熟的航天運(yùn)輸工具，液體火箭發(fā)動機(jī)成為人類開展空間探索活動的核心裝備。

在人類開展空間探測的數(shù)十年期間，世界各國開展了大量液體火箭發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)與研制，為上百型火箭的不同子級提供推進(jìn)動力。從循環(huán)方式來看，大推力液體火箭發(fā)動機(jī)通過渦輪將推進(jìn)劑從輸送管路泵入主燃燒室，傳統(tǒng)驅(qū)動渦輪做功的方式有兩種，一是預(yù)燃室產(chǎn)生的燃?xì)怛?qū)動，此類發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)包含預(yù)燃室，二是推進(jìn)劑受熱膨脹驅(qū)動，此類發(fā)動機(jī)不包含預(yù)燃室；驅(qū)動渦輪做功的氣體有兩種去向，一是直接排出，此類為開式循環(huán)，二是進(jìn)入主燃燒室繼續(xù)燃燒，此類為閉式循環(huán)。開式燃?xì)怛?qū)動為燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)，閉式燃?xì)怛?qū)動為分級燃燒循環(huán)，閉式膨脹做功為全膨脹循環(huán)，此三種為液體火箭發(fā)動機(jī)三類典型循環(huán)方式，第四種為開式膨脹循環(huán)。從推進(jìn)劑種類來看，大推力液體發(fā)動機(jī)主要包含低溫發(fā)動機(jī)、半低溫發(fā)動機(jī)和常規(guī)發(fā)動機(jī)；低溫發(fā)動機(jī)主要有液氫液氧發(fā)動機(jī)和液氧甲烷發(fā)動機(jī)，半低溫發(fā)動機(jī)主要為液氧煤油發(fā)動機(jī)，常規(guī)發(fā)動機(jī)主要為以甲基肼、偏二甲肼等為燃燒劑，以硝酸、四氧化二氮等為氧化劑的常溫可存儲推進(jìn)劑發(fā)動機(jī)。

研制新型液體發(fā)動機(jī)是發(fā)展航天運(yùn)輸裝備體系的基礎(chǔ)性工作，推重比作為發(fā)動機(jī)最重要的總體指標(biāo)之一，使得發(fā)動機(jī)質(zhì)量計(jì)算在總體設(shè)計(jì)、方案確定過程中成為至關(guān)重要環(huán)節(jié)，發(fā)動機(jī)質(zhì)量的快速計(jì)算可大幅簡化新研發(fā)動機(jī)總體論證、迭代優(yōu)化過程中的工作量，提升總體設(shè)計(jì)效率，但是現(xiàn)有技術(shù)中還沒有一種原理簡單、快速高效的發(fā)動機(jī)質(zhì)量估算方法。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種大推力液體火箭發(fā)動機(jī)質(zhì)量的快速計(jì)算方法，具有良好的便捷性、普適性和客觀性，可作為計(jì)算工具和評估工具在運(yùn)載火箭發(fā)動機(jī)總體設(shè)計(jì)過程中廣泛應(yīng)用。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種大推力液體火箭發(fā)動機(jī)質(zhì)量的快速計(jì)算方法，利用已有液體火箭發(fā)動機(jī)的質(zhì)量與設(shè)計(jì)參數(shù)的擬合關(guān)系進(jìn)行快速計(jì)算，包括以下步驟：

對已有液體火箭發(fā)動機(jī)的質(zhì)量與設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行擬合，獲取發(fā)動機(jī)各組件的質(zhì)量與參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系；

根據(jù)質(zhì)量-參數(shù)的函數(shù)關(guān)系快速計(jì)算發(fā)動機(jī)的質(zhì)量。

更進(jìn)一步地，發(fā)動機(jī)為燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)式發(fā)動機(jī)、高壓補(bǔ)燃循環(huán)式發(fā)動機(jī)或者膨脹循環(huán)式發(fā)動機(jī)。

更進(jìn)一步地，發(fā)動機(jī)的推進(jìn)劑為液氫液氧、液氧煤油、液氧甲烷、或者四氧化二氮和偏二甲肼。

更進(jìn)一步地，在對已有液體火箭發(fā)動機(jī)的質(zhì)量與設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行擬合，獲取發(fā)動機(jī)各組件的質(zhì)量與參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系的步驟中，將發(fā)動機(jī)模塊化分解為推力室、渦輪泵以及附屬組件，發(fā)動機(jī)質(zhì)量m為推力室質(zhì)量m₁、渦輪泵質(zhì)量m₂以及附屬組件質(zhì)量m₃之和；

推力室質(zhì)量m₁為發(fā)生器循環(huán)中燃?xì)馀欧殴苜|(zhì)量m₁₁、噴注器質(zhì)量m₁₂、燃燒室質(zhì)量m₁₃、噴管收縮段質(zhì)量m₁₄以及噴管擴(kuò)張段質(zhì)量m₁₅之和。