[发明专利]一种基于Modelica语言的通用离心泵动态仿真模型的建模方法

说明书

本发明涉及一种基于Modelica语言的通用离心泵动态仿真模型的建模方法，其目的是解决现有离心泵仿真模型不能进行大范围火箭发动机动态特性仿真的技术问题。该模型采用模块化建模方式，将离心泵动态模型封装于离心泵组件模块中，不同离心泵组件模块之间通过接口传输数据，在方案论证阶段利用泵额定设计参数，通过理论公式拟合动态特性，通过离心泵水力试验获得泵扬程特性和功率特性的静特性曲线，建立泵全动态特性模型，通过离心泵水力试验获得泵扬程特性和效率特性的静特性曲线，建立泵全动态特性模型，针对二级泵无法单独获得效率特性的情况，通过离心泵水力试验获得泵扬程特性，给定额定设计效率，从而建立泵全动态特性模型。

技术领域

本发明涉及液体火箭发动机系统仿真，主要涉及一种动态仿真模型，具体为一种基于Modelica语言的通用离心泵动态仿真模型的建模方法，适用于液体火箭发动机动态特性仿真。

背景技术

在泵压式液体火箭发动机中，氧化剂路中有氧化剂预压泵和氧化剂泵，燃料路中有燃料预压泵、燃料一级泵和燃料二级泵，它们均为离心泵，主要作用是对推进剂增压。描述离心泵特性的主要参数包括流量、扬程、转速、功率和效率。在工程上一般采用试验的方法确定泵的扬程、功率和效率特性，得到的实际上是泵的静特性曲线，可以表示为泵的流量和转速的函数。但是泵的静特性曲线只涵盖了泵特性中正常工作段，是泵全特性中很小的一部分特性，这对于进行大范围的火箭发动机动态特性仿真来讲，是远远不够的。并且，在试验前的方案论证阶段，缺乏泵水力试验数据时，对于泵动态特性的准确预测是减少方案反复，降低成本的重要手段。因此，亟需一种能够进行大范围的火箭发动机动态特性仿真的通用离心泵动态仿真模型。

发明内容

本发明的目的是解决现有离心泵仿真模型不能进行大范围火箭发动机动态特性仿真的技术问题，提供一种基于Modelica语言的通用离心泵动态仿真模型的建模方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：

一种基于Modelica语言的通用离心泵动态仿真模型的建模方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)采用模块化建模方式，将离心泵动态模型封装于离心泵组件模块中，不同离心泵组件模块之间通过接口传输数据；所述离心泵组件模块包含四个接口，分别为port_a流体入口、port_b流体出口、flange_a机械入口、flange_b机械出口；其中，port_a流体入口和port_b流体出口传递的接口变量为压力p和流量m_flow；flange_a机械入口和flange_b机械出口传递的接口变量为旋转角度phi和扭矩tau；压力p和旋转角度phi为势变量，相连的离心泵组件模块在接口处势变量相等；流量m_flow和扭矩tau为流变量，相连的离心泵组件模块在接口处流变量之和为零；

2)根据不同研制阶段，通过代码切换的方式进行离心泵的动态仿真：

2.1)方案论证阶段，输入离心泵额定设计转速、扬程和流量，从而拟合获得泵扬程特性曲线和功率特性曲线，通过系数换算获得动态扬程特性系数和动态效率特性系数，最终通过泵的惯性流动方程求解其动态工作过程的转速、扬程和流量；

2.2)产品试验阶段，在泵水力试验中，通过电机控制离心泵以固定转速运转，给定不同泵入口水流量，测量泵扬程和功率，从而拟合获得泵扬程特性曲线和功率特性曲线，通过系数换算获得动态扬程特性系数和动态功率特性系数，最终通过泵的惯性流动方程求解其动态工作过程的转速、扬程和流量；

2.3)产品试验阶段，在泵水力试验中，通过电机控制离心泵以固定转速运转，给定不同泵入口水流量，测量泵扬程和效率，从而拟合获得泵扬程特性曲线和效率特性曲线，通过系数换算获得动态扬程特性系数和动态效率特性系数，最终通过泵的惯性流动方程求解其动态工作过程的转速、扬程和流量；