[发明专利]固体姿轨控发动机燃气阀型面的实际流量匹配设计方法

说明书

本发明公开一种固体姿轨控发动机燃气阀型面的实际流量匹配设计方法，以理论目标流量曲线为基础，结合二分搜索法及泰勒局部展开等递推得到阀杆型面曲线坐标点集，基于阀门实际最大流量修正理论目标流量曲线并得到实际目标流量曲线，采用相同阀杆型面设计方法得到对应阀杆型面坐标点集，通过计算流体动力学仿真得到阀杆位移‑阀门流量曲线，并根据阀杆位移‑阀门流量曲线与目标流量曲线之间的误差修正阀杆型面曲线坐标点集，循环进行计算流体动力学仿真‑阀杆型面曲线坐标点集修正直至误差满足设计要求。本发明应用于固体姿轨控发动机设计领域，能够显著提高设计结果有效性，保证阀杆位移与阀门实际流量的线性度满足设计要求。

技术领域

本发明涉及固体姿轨控发动机设计技术领域，具体是一种固体姿轨控发动机燃气阀型面的实际流量匹配设计方法。

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，具有结构简单、安全可靠等特点，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。固体姿控发动机推力调节很大程度取决于阀门中阀杆几何构型、喷管型面以及阀杆与喷管之间的相对位置。若单个阀门流量随阀杆行程非线性变化，则各阀杆在运动过程中难以保证恒定的阀门总流量，导致燃烧室压强会随之发生变化，大大提高了固体姿轨控发动机推力调节的难度和控制系统的复杂度。因此，亟需开展在给定喷管型面条件下以单个阀门实际流量随阀杆位移高度线性变化为目标的阀门型面优化设计，从而尽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：

基于已有方案的阀门型面设计：基于与设计要求较为接近的阀门型面设计结果，通过试错法对阀门型面进行人工修型得到能够满足要求的设计方案。此方法简单高效，易于实现，有效避免了复杂运算，但需要具备较高工程项目实践经验的工程师参与，且难以保证设计结果是最优方案，线性度也难以达到要求。

基于智能优化算法的阀门型面优化设计：把喷管型面和阀杆型面的尺寸参数作为设计变量，以阀杆位移-阀门等效喉部面积曲线与目标曲线之间的误差为目标函数，基于智能优化算法实现阀门型面优化设计。此方法虽然能够实现阀门型面自动优化设计，且设计结果较为准确。但需构建喷管和阀杆型面参数化模型，并且需要对型面控制参数进行合理规划，参数过少会导致对型面形状的控制有限，难以得到满足线性度要求的设计结果；参数过多则会导致优化模型复杂度高，优化设计的时间成本难以接受，应用于工程实际的难度较大。

发明内容

针对上述现有技术中固体姿轨控发动机燃气阀实现阀杆位移与阀门流量线性化过程中存在的阀门理论流量与实际流量之间有明显差异、阀门最大理论流量无法达到等问题，本发明提供一种固体姿轨控发动机燃气阀型面的实际流量匹配设计方法，能够以较高效率实现阀门型面设计，修正了阀门理论流量与实际流量之间的差异，保证了阀杆位移-阀门流量的线性度满足设计要求，避免了阀杆位移-理论流量曲线具有高线性度但阀杆位移-阀门流量曲线无法达到相同线性度的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种固体姿轨控发动机燃气阀型面的实际流量匹配设计方法，包括如下步骤：

步骤1，获取喷管型面曲线坐标点集，并初始化流量曲线为理论目标流量曲线；

步骤2，基于流量曲线确定对应的等效喉部面积曲线，并基于递推匹配设计方法得到满足等效喉部面积曲线的阀杆型面曲线坐标点集；

步骤3，基于喷管型面曲线坐标点集、阀杆型面曲线坐标点集进行计算流体动力学仿真得到阀门实际最大流量，根据阀门实际最大流量修正理论目标流量曲线并得到实际目标流量曲线，将流量曲线更新为实际目标流量曲线；

步骤4，根据更新后的流量曲线得到更新后的阀杆型面曲线坐标点集，再根据喷管型面曲线坐标点集与更新后的阀杆型面曲线坐标点集进行计算流体动力学仿真得到阀杆位移-阀门流量曲线；

步骤5，判断当前的阀杆位移-阀门流量曲线是否满足收敛条件：

若是，则输出当前的阀杆型面曲线坐标点集；