[发明专利]燃烧轻气炮内弹道参数预估方法

权利要求书

1.一种燃烧轻气炮内弹道参数预估方法，其特征在于，包括如下步骤：

(10)获取燃烧室初始参数：获取燃烧室的求解域和截面积，以及主参数在求解域上的分布，所述主参数包括压力、温度、速度和组分；

(20)构建可压反应流N-S模型：根据燃烧轻气炮内弹道特点，构建基于Navier-Stokes控制方程组的一维粘性可压反应流数值模型，所述Navier-Stokes控制方程组包括三个基本方程和组分输运方程；

(30)初始化节点参数矩阵：根据预估的火焰厚度、增厚系数和精度系数，确定最小网格尺度，离散求解域，对主参数进行节点插值并初始化至控制方程组主变量；

(40)求解节点参数矩阵：基于WAF-HLLC黎曼求解器，求解节点参数矩阵，得到主参数；

(50)确定内弹道参数：根据主参数计算流场参数，基于Newton逼近法反解焓值公式，更新节点温度T，获得指定时刻燃烧轻气炮的内弹道参数分布；

所述(40)求解节点参数矩阵步骤包括：

(41)化学反应源项计算：采用亚尺度时间步△t_R循环迭代反应求解模块，累计获得△t时间内各组分生成源项和能量源项，

(42)中间步节点主参数求取：采用R-K循环计算控制方程组，获得中间步节点主参数；

(43)下一时间步主参数求取：加权平均中间步节点主参数，获得主变量新解；

(44)更新网格与节点参数矩阵：根据主变量新解，更新网格和节点参数矩阵；

(45)算法终止判断：当程序达到预定的内弹道时间点或弹丸运动出身管时算法终止，否则返回步骤(41)；

所述(41)化学反应源项计算步骤包括：

(411)组分生成速率计算：采用亚尺度时间步△t_R循环迭代反应求解反应速率计算模块，累计获得△t时间内各组分生成速率，

其中，N_R为反应方程数，k_r为反应方程求和计数符号，第k_r个方程组分生成速率按下式计算，

式中：下标“f”和“b”分别表示正、逆反应；为基元反应速率，c_i、η分别为组分i剩余摩尔浓度和速率指数，k_f,b＝A_rTⁿe^-E/RT为Arrhenius速率，B为基元反应组分化学计量系数矩阵；

(412)能量源项计算：按下式计算能量源项，

式中，△H_i为温度T下组分i摩尔生成焓；

(413)组分输运源项计算：按下式计算组分输运源项，

所述(42)中间步节点主参数求取步骤包括：

(421)控制体界面WENO插值：

5阶非均匀WENO格式的插值模板Q_i,r、光滑系数IS、权重ω表达式为：

控制体界面两侧变量为：

(422)计算WAF格式HLLC界面无粘通量

首先计算控制体界面HLLC三波速度：

式中：a^K为声速，K＝L,R，

然后计算HLLC中间变量Q^*K和HLLC中间通量F^*K：

F^*K＝F^K+S^K(Q^*K-Q^K) (16)

计算基于参数ρ的通量限制器，van Leer格式限制器的表达式为：

其中

最后计算WAF格式HLLC通量：

(423)计算ROE格式粘性矢通量

首先基于界面插值量计算界面位置辅助参数；各组分粘性μ_i、导热系数k_i和比热C_p,i分别根据三参数Sutherland公式、气动力理论公式和NIST多项式求得，对应的混合气体参数则根据摩尔混合定律计算；组分扩散系数表达式为D_i＝k_i/(ρC_p,i)；

然后对界面辅助参数进行ROE平均，得到矢通量系数Γ^Roe，ROE格式粘性矢通量表达式为：

(424)求解N-S控制方程组计算矩阵：计算N-S方程组求解矩阵，步进R-K循环次数n，获得主变量的临时解

其中，

(425)循环结束判断：当n达到指定值时，R-K内循环结束，否则返回步骤(421)。

2.根据权利要求1所述的燃烧轻气炮内弹道参数预估方法，其特征在于，所述(44)更新网格与节点参数矩阵步骤包括：

(441)更新网格：当网格出现如下重构条件时，重构网格分布，

a.火焰运动出加密区间的2/3，重构网格使火焰在加密区间的1/3处，

b.弹后网格拉伸使得网格长度比超过设定值δ或网格长度超过设定阈值，执行网格分裂子程序；

(442)新节点插值：按下式对新节点插值，

式中：