[发明专利]一种考虑烧蚀-沉积的固体姿轨控发动机零维内弹道计算方法

说明书

本发明公开了一种考虑烧蚀‑沉积的固体姿轨控发动机零维内弹道计算方法，包括建立考虑烧蚀/沉积影响后的固体姿轨控发动机零维内弹道计算模型，并对固体姿轨控发动机零维内弹道计算模型进行求解，得到燃烧室的压强；其中，基于喷烧蚀/沉积速率得到发动机的总等效喉部面积。本发明应用于姿轨控发动机内弹道计算领域，将烧蚀/沉积情况对等效喉部面积大小的影响纳入考虑范围，进行已知烧蚀/沉积规律后的姿轨控发动机零维内弹道计算，可获得更贴近工程实际情况的燃烧室压强，降低由于零维内弹道计算不精确造成的推力计算误差，易于控制机构对推力的精准调控，便于后期对发动机进行性能考核和数值模拟，解决了发动机零维内弹道精确快速计算问题。

技术领域

本发明涉及姿轨控发动机性能方针领域，具体是一种考虑烧蚀-沉积的固体姿轨控发动机零维内弹道计算方法。

背景技术

固体姿轨控发动机是现代动能武器的直接力控制系统，也是未来提升战术导弹武器系统作战性能的关键技术之一。固体姿轨控发动机通常由多喷管耦合工作改变推力矢量大小及方向，实现导弹的大推力快速变轨和姿态调节。发动机推力根据调节阀运动而实时改变，通过调整喉栓与喷管的相对位置直接影响发动机等效喉部面积，从而影响喷管质量流率和推力大小。发动机燃烧室压强是极其重要的设计参数，也是保证发动机稳定工作的必要条件，其变化规律直接决定了发动机的推力及工作时间。

目前，通常采用常规零维内弹道对燃烧室压强进行计算，不考虑等效喉部面积由于烧蚀/沉积出现的偏差。根据已知喉栓母线、喷管母线以及初始时刻喉栓位置，计算可得喉栓位移-等效喉部面积变化关系。通过对已知喉栓位移-等效喉部面积关系插值，得出各个阀门当前喉栓位移及所对应等效喉部面积，叠加不同时刻各喷管等效喉部面积可得等效喉部面积总和，代入零维内弹道基本方程中可得工作状态下燃烧室压强。

现有固体姿轨控发动机零维内弹道求解方法主要来源于固体发动机零维内弹道求解方法，计算发动机各种工作条件下燃烧室内压强随时间和空间的变化规律。在理想状态下，固体姿轨控发动机等效喉部面积可简单视为各阀门等效喉部面积之和，但实际工作过程中发动机喷管喉部气流复杂流动，传热和沉积、烧蚀的问题严重，采用常规零维内弹道对固体姿轨控发动机燃烧室压强进行求解，仅能得出理想状态下燃烧室压强情况，会造成燃烧室理论压强与实际压强偏差较大、推力控制不精确的问题。

发明内容

针对上述现有技术中由于发动机燃温较高、燃料不纯净、内部材料不耐高温，在喉栓头部及喷管喉部出现烧蚀、沉积效应，造成发动机喷管型面改变，实际等效喉部面积与理想值出现偏差，影响发动机推力性能，造成固体姿轨控发动机推力调控不精确的问题，本发明提供一种考虑烧蚀-沉积的固体姿轨控发动机零维内弹道计算方法，能够进行已知烧蚀/沉积规律后的固体姿轨控发动机零维内弹道计算，获得更贴近工程实际情况的燃烧室压强，降低由于零维内弹道计算不精确造成的推力计算误差，易于控制机构对推力的精准调控，便于后期对发动机进行性能考核和数值模拟。

为实现上述目的，本发明提供一种考虑烧蚀-沉积的固体姿轨控发动机零维内弹道计算方法，包括如下步骤：

建立考虑烧蚀/沉积影响后的固体姿轨控发动机零维内弹道计算模型；

采用龙哥库塔法对固体姿轨控发动机零维内弹道计算模型进行迭代求解，得到考虑烧蚀/沉积影响后对应燃烧室的压强；

其中，在每步龙格库塔法迭代前，基于喉栓位移及喷管、喉栓的烧蚀/沉积速率得到当前各阀门的等效喉部面积，并累加得到发动机的总等效喉部面积。

在另一个实施例中，所述考虑烧蚀/沉积影响后的固体姿轨控发动机零维内弹道计算模型为：