[发明专利]一种固体火箭发动机对称装药燃面快速确定方法有效

专利信息
申请号: 201911317272.3 申请日: 2019-12-19
公开(公告)号: CN111046571B 公开(公告)日: 2022-10-11
发明(设计)人: 武泽平;王东辉;彭博;张为华;向敏;王文杰;彭科 申请(专利权)人: 中国人民解放军国防科技大学
主分类号: G06F30/20 分类号: G06F30/20;G06T17/20
代理公司: 长沙国科天河知识产权代理有限公司 43225 代理人: 邱轶
地址: 410073 湖*** 国省代码: 湖南;43
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摘要:
搜索关键词: 一种 固体 火箭发动机 对称 装药燃面 快速 确定 方法
【说明书】:

发明公开一种固体火箭发动机对称装药燃面快速确定方法,包括:获取初始装药参数,建立三维模型,将其划分成若干装药单元模型;对装药单元模型进行网格划分,得到装药单元模型的网格计算域,并定义网格计算域中的药柱节点、空腔节点;提取出由若干零点组成的初始燃面;得到各个网格节点与对应的零点之间的距离值;对于任意燃去肉厚,积分得到发动机装药的燃去体积,并燃去体积对燃去肉厚的微分获得燃烧面积。利用固体火箭发动机装药结构的圆柱对称结构,取装药结构的若干分之一进行计算以减少计算量,从而大幅降低计算耗时,提高固体火箭发动机燃面计算效率;通过燃去肉厚与燃去体积进行积分得到燃烧面积,避免对燃面与网格单元关系的大量判断。

技术领域

本发明涉及固体火箭发动机技术领域,具体是一种固体火箭发动机对称装药燃面快速确定方法。

背景技术

固体火箭发动机是导弹、火箭等航天运载器的重要动力系统之一。固体火箭发动机由于装药事先固定,在工作过程中,固体火箭发动机内弹道难以调节,所以对于固体火箭发动机来说,能够准确地预估发动机的内弹道有着重要意义。燃面计算用于确定装药在燃烧过程中燃烧表面积随燃烧时间的变化规律,直接影响发动机内弹道性能预示精度,是发动机内弹道设计的基础,在固体火箭发动机的设计中一直占有重要地位。

目前常用的燃面计算方法有:

1.实体造型法:通过AutoCAD软件进行初始时刻燃面建模,随燃面推移,手动画出新的燃面形状,经此循环,便可得到每一时刻装药的形状。此类方法在工业生产中用的最多,因为其可视性较强,能直观表达图形的变化状况;

2.最小距离函数法:计算装药内部各点到初始燃面的距离,即最小距离函数,按照装药平行层推移规律,选取所有最小距离函数值等于已燃厚度的点,即可组成已燃厚度时的燃面,在此基础上进行燃面面积计算;

3.界面追踪法:将发动机燃面视为流场中的自由边界,通过追踪固体推进剂燃烧界面的变化,计算出燃面的变化规律。目前使用较多的是Level Set法。设推进剂内部区域为K(t),外部区域为N(t),2部分间的界面即燃面设为Γ(t)。另设空间任意一点到燃面的符号距离函数为h(x,t),若h(x,t)在K(t)中为到燃面的距离,在N(t)中则为到燃面距离的相反数,在Γ(t)上为0。根据此定义,可知函数h(x,t)值为0的点就是燃面所处的位置,所以对于燃面推移过程的追踪就转变为求解每一时刻函数h(x,t)=0的解。

目前常用的燃面计算方法其缺点在于:

1.实体造型法对于发动机装药的型面设置,需要定义几何尺寸和位置,对于不同装药药型都需要手工设置,不具有通用性。且对于复杂结构的药型,推移造型过程十分繁琐,并可能出现奇异点,使得燃面推移无法继续下去,只能通过构造近似的几何形状进行燃面计算;

2.最小距离函数法需要大量的运算,迭代次数繁多,计算速度过慢。

3.界面追踪法对于不同药型的初始燃面,需要手工给出或者需要将初始型面用非结构网格离散输入,装药初始型面设置过程非常复杂。且由于在燃面推移计算过程中需要求解微分方程组,计算量非常大。

发明内容

针对现有技术中燃面计算方法人工操作步骤繁琐或程序所需运算量大,计算时间长等问题,本发明提供一种固体火箭发动机对称装药燃面快速确定方法,极大的减少了计算量与人工操作,能够有效的进行固体火箭发动机工作时燃面推移计算。

为实现上述目的,本发明提供一种固体火箭发动机对称装药燃面快速确定方法,包括如下步骤:

步骤1,获取发动机装药的初始装药参数,基于初始装药参数建立发动机装药的三维模型,并将该三维模型划分成若干圆柱对称的装药单元模型;

步骤2,对装药单元模型进行网格划分,得到装药单元模型的网格计算域,并定义网格计算域中的药柱节点、空腔节点;

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