[发明专利]一种快速预估姿控双组元推力室尺寸重量的方法

说明书

本发明提供一种快速预估姿控双组元推力室尺寸重量的方法，将姿控双组元推力室划分为三个主要部分，对设计过程中的设计关键尺寸、性能参数进行定量化描述，通过参数驱动获得推力室的几何外廓，采用强度校核公式根据选定的安全系数确定推力室壁厚，结合选择的材料密度，统计计算获得推力室重量。帮助研究人员快速、有效地进行推力室设计及性能预估。该方法，在动力系统系统论证阶段实现了姿控双组元推力室产品的快速设计、性能预示，很大程度上提高了产品的设计论证效率，缩短了论证周期，在姿控系统设计领域有较大的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种快速预估姿控双组元推力室尺寸重量的方法，可以应用与双组元推力室设计。

背景技术

姿轨控动力系统是实现目标精确控制的重要执行机构，为相关系统提供轨道、姿态调整提供动力。其中双组元姿轨控动力系统以高性能优势成为优选方案。

目前一个姿轨控动力系统论证时间周期长，系统总体与组件设计之间有多轮次的迭代，通过系统多方案对比优选系统方案。根据目前的方式系统论证需要组件配合，如果在论证初期按照详细设计模式，整个组件论证时间周期长，同时反馈系统论证后很有可能方案反复，导致组件论证需要调整方案。针对该问题，为满足总体方案概念阶段快速收敛，提出了一种快速预估双组元推力室尺寸。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速预估姿控双组元推力室尺寸重量的方法，以解决目前姿轨控动力系统论证时间周期长的问题，针对姿轨控动力系统概要设计阶段，组件论证方案快速迭代，在保证预示精度条件下，快速预估推力室性能，支持总体系统方案论证。

本方法将双组元推力室划分为三个主要部分，对设计过程中的设计关键尺寸、性能参数进行定量化描述，通过参数驱动获得推力室的几何外廓，采用强度校核公式根据选定的安全系数确定推力室壁厚，结合选择的材料密度，统计计算获得推力室质量。帮助研究人员快速、有效地进行推力室设计及性能预估。

本发明的技术解决方案是提供一种快速预估姿控双组元推力室尺寸重量的方法，包括以下步骤：

S1：首先，将姿控双组元推力室进行分解，分为头部、身部和喷管三个大的部分。分别构建三个部分的关键结构尺寸，通过对接尺寸实现三个部分的数据关联；

S2：根据总体的技术指标要求推进剂类型、混合比、推力要求，开展热力计算，计算不同的压力下比冲变化情况，得到比冲和压力之间的变化关系，优选设计室压；

S3：然后，根据选择的室压、推进剂类别、混合比、扩张比、收缩比、特征长度、收缩半角、扩展半角、燃烧效率、流强修正系数、热返浸修正系数，计算身部、喷管、头部结构尺寸，得到推力室内型面尺寸包络。

S4：在此基础上，根据热力气动计算得到推力室沿轴线方向不同位置的压强、温度分布参数；根据强度校核公式预估推力室壁厚，采用回转方式结合选择不同部位材料密度，计算得到推力室的重量。

进一步地，步骤S3中，通过如下过程计算身部结构尺寸：

S31：采用圆柱形结构表征身部结构形式，根据步骤S2获取的热力性能参数数据结合总体的技术指标要求，计算喷管喉部半径Rt；

At＝C*·η_c·F/Is/Pc，Rt＝sqrt(At/π)；

其中，At为喉部面积，C*为特征速度，η_c为燃烧效率，F为推力(总体要求输入值)，Is为比冲，Pc为优选室压；

S32：根据选定的收缩比ε_c确定身部的半径R_c；

Rc＝sqrt(ε_c)·Rt；

通过选择的收缩半角β及特征长度计算身部长度，包括收缩段长度Lc2及圆筒段长度Lc1；