[发明专利]采用偏置且斜切结构喷管的固体发动机内弹道计算方法

摘要

本发明提出了一种采用偏置且斜切结构喷管的固体发动机内弹道计算方法，提高了此类发动机的内弹道性能计算精度，解决了此类发动机的推力偏斜角计算问题；可以减少研制阶段试验数量、降低研制成本、缩短研制周期，对采用“偏置+斜切”结构喷管的固体发动机设计可以产生积极的效果。

主权项

1.采用偏置且斜切结构喷管的固体发动机内弹道计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、利用三个截面，将喷管划分为三段，其中：0‑0截面表示喷管斜切部分初始端截面；将喷管斜切出口平面与喷管扩张段轴线交点定义为交点1，过交点1与截面0‑0平行的喷管所在截面定义为截面1‑1；2‑2截面表示喷管斜切部分末端截面；步骤2、计算喷管上0‑0截面以前的部分的燃气推力F0；步骤3、计算喷管上0‑0截面与1‑1截面之间区域的燃气推力，具体为：S31、将0‑0截面和1‑1截面之间区域等分为n份，其中n＞2；S32、燃气在第i和i+1截面之间产生的沿着喷管轴向的推力为：其中，和分别表示燃气到i截面和到i+1截面产生的喷管轴向推力；i＝1,2…,n；则与i截面和i+1截面之间喷管壁面产生的轴向推力之间的关系为：式中，表示在i截面和i+1截面之间的壁面上单位微元面积产生的喷管轴向推力；表示在i和i+1截面之间壁面上单位微元面积产生的垂直于喷管壁面的力；表示在i和i+1截面之间的壁面上单位微元面积产生的垂直于喷管轴向的力；对(6)式进行变形，得到：其中，β表示喷管的扩张半角；燃气在i截面和i+1截面之间产生的垂直于喷管壁面的力大小为：作用在i截面和i+1截面之间喷管壁面单位圆周长度上的压力为：式中，Ri+1/2表示i截面和i+1截面中间截面的半径；S33、在计算垂直于喷管轴向的力时，针对两截面之间的任意一个截面x，将该截面x划分为如下三个区域：截面x上喷管轴线左侧部分为S3区域，截面x上喷管轴线右侧且与S3区域对称的区域为S2区域，截面x上除S2、S3区域以外的区域定义为S1区域；则燃气实际有效作用在S1区域的喷管壁面的垂直于喷管轴向的力表示为：式中，δ表示截面x对应的半圆周角；γ表示S2区域或者S3区域对应的半圆周角；表示微元面积的角度；S34、在i截面和i+1截面之间产生的喷管轴向推力为：则在0‑0截面与1‑1截面之间产生的燃烧室轴向力为：其中，α表示燃烧室轴线与喷管轴线之间的夹角，即为偏置角；在0‑0截面与1‑1截面之间产生的垂直于燃烧室轴向力为：步骤4、采用步骤3的方法，计算喷管上1‑1截面与2‑2截面之间燃气推力具体为：将1‑1截面与2‑2截面之间区域进行m份等分，m＞2；在j和j+1截面之间产生的垂直于喷管轴向的力和喷管轴向推力分别为：其中，j＝1,2…,m；δ′表示1‑1截面与2‑2截面之间区域内截面的半圆周角；在1‑1截面与2‑2截面之间产生的燃烧室轴向力为：在1‑1截面与2‑2截面之间产生的垂直于燃烧室轴向力为：步骤5、推力及推力偏斜角计算：燃烧室轴向推力表示为：Fx＝F0x+F01x+F12x            (18)其中，F0x表示喷管上0‑0截面以前的沿燃烧室轴向推力；垂直于燃烧室轴向的推力表示为：Fy＝F0y+F01y+F12y                         (19)其中，F0y表示喷管上0‑0截面以前的垂直燃烧室轴向推力；发动机的推力偏斜角θ为：