[发明专利]一种确定火箭发射燃气流场边界条件封闭的方法

权利要求书

1.一种确定火箭发射燃气流场边界条件封闭的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤1，获取火箭发动机的参数：所述参数包括喷管内型面尺寸参数、燃气参数及弹道参数，所述喷管内型面尺寸参数包括喷管喉径和喷管出口内径，所述燃气参数包括喷口压力、燃烧室压力及燃气温度，所述弹道参数包括发动机推力、发动机流量及所述燃烧室压力；

步骤2，确定推力系数和流量系数的范围：利用发动机推力值范围及其对应的燃烧室压力值范围、喷喉截面积确定推力系数的范围，利用所述燃烧室压力值范围及其对应的发动机流量值范围、喷喉截面积确定流量系数的范围；其中，所述发动机推力值、燃烧室压力值、发动机流量值统一随时间变化；

步骤3，利用膨胀比确定压力比随比热比的变化规律：建立膨胀比、压力比及比热比之间的第一关系；其中，通过喷口截面积和喷喉截面积确定膨胀比，所述压力比为喷口压力与燃烧室压力的比；

步骤4，利用推力系数确定压力比随比热比的变化规律：建立推力系数、比热比、压力比、膨胀比之间的第二关系；

步骤5，确定比热比和压力比：根据推进剂特性选用比热比，利用所述第一关系、第二关系及比热比确定压力比；

步骤6，确定燃气总温：建立流量系数、比热比、燃气总温之间的第三关系，利用所述第三关系确定燃气总温；

步骤7，判断所述发动机推力和发动机流量是否符合边界条件封闭：对于指定的燃烧室压力，利用所述比热比、压力比、燃气总温、第二关系、第三关系确定第一推力值和第一流量值，利用线性插值的方法确定弹道参数中所述指定的燃烧室压力对应的第二推力值和第二流量值；判断所述第一推力值与所述第二推力值之间的误差是否小于第一误差，判断所述第一流量值与所述第二流量值之间的误差是否小于第二误差，如果上述条件同时满足，则执行步骤8；否则重新确定比热比、压力比及燃气总温；

其中，第一误差和第二误差均为5％；所述判断所述发动机推力和发动机流量是否符合边界条件封闭的条件为：

其中，F′表示所述第一推力值，F″表示所述第二推力值，Q′表示所述第一流量值，Q″表示所述第二流量值；

步骤8，确定物性参数：所述物性参数包括混合气体物性参数和燃气物性参数，利用理想气体混合输运公式设置混合气体物性参数，根据所述比热比和燃气总温确定燃气物性参数中的燃气定压比热、粘性系数及热传导系数，从而保证火箭发射燃气流场边界条件封闭。

2.根据权利要求1所述的一种确定火箭发射燃气流场边界条件封闭的方法，其特征在于：步骤2中，通过如下方式确定推力系数CF和流量系数CQ的范围：

其中，表示在时间点ti的推力系数值，表示在时间点ti的流量系数值，Fi表示在时间点ti的发动机推力值，表示在时间点ti的燃烧室压力值，At表示喷喉截面积，Qi表示在时间点ti的发动机流量值；且i＝1,2,3……n，n表示时间点t的个数。

3.根据权利要求2所述的一种确定火箭发射燃气流场边界条件封闭的方法，其特征在于：步骤3中，所述第一关系为：

其中，Ae表示喷口截面积，表示压力比，k表示比热比，pe表示喷口压力，pc表示燃烧室压力。

4.根据权利要求3所述的一种确定火箭发射燃气流场边界条件封闭的方法，其特征在于：步骤4中，所述第二关系为：

其中，ph为大气压力。

5.根据权利要求4所述的一种确定火箭发射燃气流场边界条件封闭的方法，其特征在于：步骤6中，所述第三关系为：

其中，Tf表示燃气总温，R表示常数，R0表示通用气体常数，Mt表示喷喉燃气平均分子量。

6.根据权利要求5所述的一种确定火箭发射燃气流场边界条件封闭的方法，其特征在于：步骤8中，通过如下方式确定燃气定压比热cp、粘性系数μ及热传导系数λ：

λ＝Rμ(0.45+1.559×10^-4c_p)，

其中，σ表示碰撞截面直径，Ω表示折算碰撞积分。