[發(fā)明專利]重復(fù)使用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力室可靠性分析方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110400840.7
• 申請(qǐng)日: 2021-04-14
• 公開（公告）號(hào): CN112948982B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡國飆;金平;戚亞群;李睿智;陳志瑋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/15
• 分類號(hào): G06F30/15;G06F119/02;G06F119/04;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 梁韜

1.一種重復(fù)使用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力室可靠性分析方法，其特征在于，包括：

獲取火箭推力室的隨機(jī)變量參數(shù)，所述隨機(jī)變量參數(shù)包括推力室的原始載荷參數(shù)、結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)、材料性能參數(shù)以及材料彈塑性模型參數(shù)；

根據(jù)所述隨機(jī)變量參數(shù)的分布范圍，從所述推力室上抽樣獲取預(yù)設(shè)組數(shù)的試驗(yàn)樣本點(diǎn)；

對(duì)所述試驗(yàn)樣本點(diǎn)進(jìn)行預(yù)設(shè)算法運(yùn)算，獲得所述隨機(jī)變量參數(shù)與推力室結(jié)構(gòu)響應(yīng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

根據(jù)所述隨機(jī)變量參數(shù)與推力室結(jié)構(gòu)響應(yīng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立所述推力室的響應(yīng)面模型；

利用所述響應(yīng)面模型以及蒙特卡洛抽樣方法對(duì)所述推力室進(jìn)行分析評(píng)估，獲得所述推力室的結(jié)構(gòu)可靠性分析結(jié)果；

其中，所述響應(yīng)面模型為三級(jí)響應(yīng)面模型；

所述根據(jù)所述隨機(jī)變量參數(shù)與推力室結(jié)構(gòu)響應(yīng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立所述推力室的響應(yīng)面模型包括：

利用輸入至火箭發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的參數(shù)作為變量，所述火箭發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)輸入至所述推力室的參數(shù)作為響應(yīng)量，建立第一級(jí)響應(yīng)面；

利用所述隨機(jī)變量參數(shù)以及所述第一級(jí)響應(yīng)面中的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)輸入至所述推力室的參數(shù)作為變量，所述推力室的危險(xiǎn)截面的工作狀態(tài)參數(shù)作為響應(yīng)量，建立第二級(jí)響應(yīng)面；

利用所述危險(xiǎn)截面的所述工作狀態(tài)參數(shù)、材料性能參數(shù)、材料彈塑性模型參數(shù)以及疲勞壽命模型的參數(shù)作為變量，所述推力室內(nèi)壁面的剩余強(qiáng)度以及循環(huán)壽命作為響應(yīng)量，建立第三級(jí)響應(yīng)面，所述疲勞壽命模型通過剩余強(qiáng)度以及循環(huán)壽命構(gòu)建。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重復(fù)使用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力室可靠性分析方法，其特征在于，所述對(duì)所述試驗(yàn)樣本點(diǎn)進(jìn)行預(yù)設(shè)算法運(yùn)算，獲得所述隨機(jī)變量參數(shù)與推力室結(jié)構(gòu)響應(yīng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系包括：

通過火箭發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)靜態(tài)特性仿真、推力室熱力學(xué)算法以及所述試驗(yàn)樣本點(diǎn)，計(jì)算獲得所述推力室的載荷參數(shù)的分布，所述載荷參數(shù)包括冷卻劑流量、燃料與氧化劑流量、冷卻劑入口壓力、冷卻劑入口溫度、推力室各個(gè)截面燃?xì)鈧?cè)溫度、壓力以及氣體運(yùn)輸參數(shù)中至少一種參數(shù)；

利用所述載荷參數(shù)的分布進(jìn)行推力室流固熱耦合分析運(yùn)算，獲得所述推力室的工作狀態(tài)參數(shù)以及瞬態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)；

利用所述工作狀態(tài)參數(shù)以及所述瞬態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度失效分析運(yùn)算以及循環(huán)損傷累積失效分析運(yùn)算，獲得所述推力室內(nèi)壁面的剩余強(qiáng)度以及循環(huán)壽命。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的重復(fù)使用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力室可靠性分析方法，其特征在于，所述利用所述載荷參數(shù)的分布進(jìn)行推力室流固熱耦合分析運(yùn)算，獲得所述推力室的工作狀態(tài)參數(shù)以及瞬態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)包括：

利用所述載荷參數(shù)的分布進(jìn)行一維再生冷卻流動(dòng)傳熱運(yùn)算，獲得所述推力室的軸向的工作狀態(tài)參數(shù)，所述工作狀態(tài)參數(shù)包括內(nèi)壁面溫度、冷卻劑溫度以及冷卻劑壓力；

根據(jù)所述工作狀態(tài)參數(shù)篩選出所述內(nèi)壁面溫度大于或等于預(yù)設(shè)溫度值的試驗(yàn)樣本點(diǎn)作為所述推力室的危險(xiǎn)截面；

對(duì)所述危險(xiǎn)截面進(jìn)行有限元二維瞬態(tài)熱結(jié)構(gòu)仿真運(yùn)算，獲得所述瞬態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的重復(fù)使用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力室可靠性分析方法，其特征在于，所述利用所述工作狀態(tài)參數(shù)以及所述瞬態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度失效分析運(yùn)算以及循環(huán)損傷累積失效分析運(yùn)算，獲得所述推力室內(nèi)壁面的剩余強(qiáng)度以及循環(huán)壽命包括：

利用所述瞬態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)中推力室危險(xiǎn)截面的瞬態(tài)等效應(yīng)力以及溫度，計(jì)算獲得所述危險(xiǎn)截面的極限強(qiáng)度；

利用所述極限強(qiáng)度以及所述瞬態(tài)等效應(yīng)力進(jìn)行剩余強(qiáng)度強(qiáng)度算法運(yùn)算，獲得所述剩余強(qiáng)度；

利用所述工作狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行循環(huán)工作仿真運(yùn)算獲得所述推力室的累積損傷量；

在根據(jù)所述累積 損傷量以及損傷累積失效算法確定所述推力室循環(huán)累積失效后，統(tǒng)計(jì)循環(huán)工作仿真運(yùn)算次數(shù)為所述循環(huán)壽命。