[发明专利]一种液体火箭发动机通用化仿真方法

说明书

技术领域

本发明主要用于液体火箭发动机性能仿真技术领城。

背景技术

液体火箭发动机仿真主要是用来进行发动机工作过程仿真，预测发动机性能，为发动机的设计和优化提供理论依据。现在为了提高研制液体火箭发动机部件和系统仿真的工作效率，降低研制工作的难度，将研究人员从繁杂的计算机编程和代码调试中解放出来，开发出许多通用性好的仿真软件。

国内目前在工程应用较多的模块化仿真是由国防科技大学刘昆开发的发动机瞬变过程模块化建模与仿真软件(LRETMMSS)，该软件采用C++语言编写而成，拥有可视化界面，该软件充分考虑到液体火箭发动机起动、关机过程中各种复杂动态变化过程模型组合的需要，同时分割的模块应具有简单性和连接组装的灵活方便性，采用管道－体积模块划分方法将液体火箭发动机系统划分为三大类共计21种模块。但是，LRETMMSS软件由于缺少模型动态生成部分，因此该软件在针对不同类型液体火箭发动机进行仿真时需要重新改进其模型库，虽然实现了模型的封装，但是通用性方面有待改善。

北京航空航天大学的张黎辉依据此思想开发出了通用程度比较高的仿真软件（RoD）。在此软件中，为了解决仿真的通用性问题，他开发出代码生成工具。代码生成指的是从模块中的数学模型，即代码文本，经过附加算法，词法分析和语法检查，到生成令牌列表这一过程。但其求解器极为复杂，其工作量不亚于另行开发一个编译环境，令牌分析能力有限。

发明内容

本发明的目的是提出一种液体火箭发动机通用化仿真方法，具有良好通用性和可行性，能够给用户提供更加灵活的、通用的、易操作的服务，比如自由添加元件，定义元件的接口，物性参数，乃至数学模型等。

该液体火箭发动机通用化仿真方法，包括以下步骤：

第一步：构建部件模型；将发动机仿真计算的部件模型分为模型类和模型实例，首先通过可视化界面设置模型类的图片、名称、描述；设置模型类接口参数、物性参数、全局参数和仿真程序，构建不同部件的模型即构成模型类库；其中，模型类有多个数学模型，数学模型使用物性参数和接口参数进行仿真计算，从接口参数读取数据或向接口参数写入数据；

第二步：搭建系统仿真模型；将第一步中建立的模型类添加到仿真系统中，实现模型类的实例化，生成模型实例；确定好待仿真系统里的各个模型实例后，再根据系统中各部件之间的连接关系确定各模型实例之间的连接关系，将各模型实例的接口按实际系统的结构连接起来，最后设置仿真计算相关的参数；

第三步：将模型文本生成可执行代码；根据搭建好的系统仿真模型，从模型实例中读取数学模型、接口参数、物性参数，通过分析处理生成中间代码文件；然后，调用VDL编译器对中间代码文件进行编译、链接，生成可运行的代码，存储于动态链接库（DLL）文件中；

第四步：系统仿真计算；首先，载入第三步中由模型文本生成的存有可执行代码的DLL文件，再进行模型中相应算法逻辑的仿真计算，并在计算开始时从数据交换区读取数据传递给可运行的代码，在计算结束后将仿真结果存入数据交换区。如此循环，直到仿真计算结束。

其中，在仿真计算开始时，数据处理单元负责将模型实例中各参数字符串形式的数据转换为数值型数据，并用这些数值型数据对数据交换区进行初始化；仿真计算的过程中，将计算结果存储到数据缓冲文件中，以方便图形显示单元的使用；仿真计算结束后，将数值型数据转换为字符串形式的数据，方便数据的显示、查看。

其中，仿真计算结束后，图形显示单元从数据缓冲文件中读取计算结果数据，对其进行分析，并按照用户的要求将计算结果以曲线的形式显示出来。

本发明的有益效果：

本发明的仿真模型构建方式采用了VDL文本编辑，可以实现模型的可视化编辑，其可执行代码由VDL编译器动态生成，保证仿真软件通用性、允许用户添加模型类的同时，借助于第三方编译器生成的代码运行效率更高，稳定性和健壮性更好。同时，本发明数据处理模块采用了数据池技术，加快了仿真模型的运行速度。

附图说明

图1为本发明的液体火箭发动机通用化仿真方法流程示意图；

图2本发明模型类的结构示意图；

图3为本发明的液体火箭发动机通用化仿真软件结构示意图。

具体实施方式