[发明专利]一种适用于发动机系统仿真的头腔充填过程建模仿真方法

说明书

本申请提供了一种适用于发动机系统仿真的头腔充填过程建模仿真方法，包括以下步骤：A1：对燃气发生器的头腔沿径向进行有限元分割，获取多个状态单元，每个状态单元呈环形；A2：根据多个状态单元，确定出多个速度单元；A3：基于状态单元和速度单元，构建头腔充填仿真模型，用以描述头腔的充填过程；A4：在Amesim软件中加载头腔充填仿真模型，并将头腔充填模型连接至发动机仿真系统中；A5：运行发动机仿真系统，模拟发动机工作过程，以获取推进剂充填参数以及发动机工作参数，可以对头腔充填过程进行更加准确的描述，有助于对发动机系统仿真效果进行完善。

技术领域

本申请涉及建模仿真技术领域，具体而言，涉及一种适用于发动机系统仿真的头腔充填过程建模仿真方法。

背景技术

现有技术中，液体火箭的发动机的启动过程需要完成对燃气发生器头腔的充填。为了燃气发生器的平稳启动，通常需要在该过程中向头腔吹入气体，形成推进剂液体和惰性气体的气液两相充填过程。该过程虽然可以借助流体仿真得到描述，但是在对液体火箭的发动机的工作过程进行系统仿真时，出于简化模型的需要，往往将气体吹入的环节忽略，或者采用基于经验关系式的集中参数模型对气液两相充填过程进行描述。而采用经验关系式集中参数模型的方式，计算简单、求解迅速，但其关系式中的经验系数，需要通过实验得到，对于不同组件和不同实验条件，这些系数存在差异，难以具有普遍性。

因此现有的发动机仿真模型中对头腔充填过程的表达并不够精确，甚至忽略了头腔的结构以及流体充填的过程。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种适用于发动机系统仿真的头腔充填过程建模仿真方法，针对液体火箭的发动机系统仿真中头腔充填的过程，提出了一种利用有限元分割思想建立起来的头腔充填一维分布参数模型，该模型计算结果可以反应头腔各个部位的压强、流体流速等参数变化情况，并且可以对头腔充填过程进行更加准确的描述，有助于对发动机系统仿真效果进行完善。

第一方面，本申请实施例提供一种适用于发动机系统仿真的头腔充填过程建模仿真方法，包括以下步骤：

A1：对燃气发生器的头腔沿径向进行有限元分割，获取多个状态单元，每个状态单元呈环形；

A2：根据多个状态单元，确定出多个速度单元；

A3：基于状态单元和速度单元，构建头腔充填仿真模型，用以描述头腔的充填过程；

A4：在Amesim软件中加载头腔充填仿真模型，并将头腔充填模型连接至发动机仿真系统中；

A5：运行发动机仿真系统，模拟发动机工作过程，以获取推进剂充填参数以及发动机工作参数。

优选地，在头腔的充填过程中每个状态单元或速度单元依次经过未充填状态、充填中状态以及充填满状态，头腔充填仿真模型包括：

针对充填满状态的速度单元，通过以下公式描述该速度单元内流体的充填速度：

其中，第i个速度单元表示当前速度单元，u_i表示第i个速度单元内流体的充填速度，f表示摩擦系数，p_i和p_i+1分别表示当前速度单元和下一速度单元内的压强，A表示速度单元之间流体的流动的截面面积，ρ_i和ρ_i+1分别表示当前速度单元和下一速度单元内的流体密度，V表示速度单元的体积；

针对充填满状态的速度单元，通过以下公式描述该速度单元内的压

强：