[发明专利]固体姿轨控发动机燃气阀阀杆型面设计方法及装置

说明书

本发明提供一种固体姿轨控发动机燃气阀阀杆型面设计方法及装置，给定固体姿轨控发动机喷管型面曲线及目标等效喉部面积曲线需求；在喷管收敛段型面曲线上根据第一个阀杆位移步长对应的等效喉部面积，确定第一个阀杆位移步长处对应的阀杆局部型面与喷管型面切点，利用局部线性展开确定在切点附近的第一个阀杆位移步长处对应的阀杆局部型面上的阀杆型面坐标点；基于目标等效喉部面积曲线，并采用二分搜索法计算局部泰勒展开斜率，确定下一个阀杆位移步长处对应的阀杆局部型面上的阀杆型面坐标点，继续递推迭代，直至阀杆位移达最大行程，得到所有阀杆型面坐标点，最后得到阀杆型面曲线。本发明可保证阀杆位移与等效喉部面积的线性关系。

技术领域

本发明属于阀面型面设计技术领域，特别涉及一种固体姿轨控发动机燃气阀阀杆型面设计方法及装置。

背景技术

燃气式固体姿控发动机作为动能拦截器的执行机构，结构简单、安全可靠，尤其适用于空基、海基等对安全性要求较高的拦截武器系统。对于燃气式固体姿控发动机而言，推力的调控过程很大程度上取决于阀门中阀杆的几何构型、喷管型面以及阀杆与喷管之间的相对关系。当单个阀门开度随阀杆行程非线性变化时，各阀杆由当前时刻位置运动到下一时刻位置过程中，阀门的总开度难以保持恒定，导致燃烧室压强随各阀杆运动位置的变化而变化，导致控制难度增加。因此，亟需在给定喷管喉径条件下以单个阀门开度随阀杆行程高度线性为目标开展阀杆型面优化设计，最大可能简化控制系统复杂度。

目前常用的阀门型面设计方法有：

基于已有的型面设计方案，沿用或微调使用工况较为接近的设计方案。此方法简单方便，易于实现，有效避免了复杂的运算过程。但是此类方法需要有经验的工程师参与，且设计结果线性度难以保证。

基于优化算法开展阀门型面优化设计。该方法通常以喷管及喉栓的尺寸参数为设计变量，以获得的阀杆位移-开度曲线与目标曲线间的误差为目标函数建立优化模型，并基于智能优化算法求解。此方法能够实现型面参数的自动优化设计，且设计结果较为准确。但是，此方法虽然能够实现优化过程的自动化，但需已知阀门型面曲线方程等额外信息。此外，该方法需对型面控制参数合理规划，若参数较少，对型面形状控制有限，导致优化设计结果线性度难以保证；若参数较多，则导致优化模型复杂，计算成本难以接受，难以直接应用于工程实际。

发明内容

针对固体姿控燃气动力阀实现阀杆位移与阀门等效喉部面积线性化过程中存在的型面设计过程复杂、设计结果欠佳等技术问题，本发明提出了一种固体姿轨控发动机燃气阀阀杆型面设计方法及装置。该方法无需预先设定阀杆型面方程形式，能够以较高效率实现阀杆型面设计的同时保证阀门开度与阀杆行程的线性度满足设计要求。

为实现上述技术目的，本发明提出的技术方案为：

一方面，本发明提供一种固体姿轨控发动机燃气阀阀杆型面设计方法，包括：

给定固体姿轨控发动机燃气阀喷管型面曲线及目标等效喉部面积曲线需求，并给定阀杆型面坐标点集P为空集；

根据目标等效喉部面积曲线，在喷管收敛段型面曲线上根据第一个阀杆位移步长对应的等效喉部面积，确定第一个阀杆位移步长处对应的阀杆局部型面与喷管型面切点，利用局部线性展开确定在切点附近的第一个阀杆位移步长处对应的阀杆局部型面上的阀杆型面坐标点，并将其加入阀杆型面坐标点集P；

基于目标等效喉部面积曲线，并采用二分搜索法计算局部泰勒展开斜率，确定下一个阀杆位移步长处对应的阀杆局部型面上的阀杆型面坐标点，并将其加入阀杆型面坐标点集P，继续递推迭代，直至阀杆位移达最大行程，得到所有阀杆型面坐标点；

在所有阀杆型面坐标点基础上增加阀杆型面头部圆弧，得到阀杆型面曲线。

在本发明的一些优选实施方式中，所述第一个阀杆位移步长处对应的阀杆局部型面与喷管型面切点，通过以下步骤确定：