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[發明專利]一種大推力液體火箭發動機質量的快速計算方法有效

專利信息
申請號: 202110068147.4 申請日: 2021-01-19
公開(公告)號: CN112983681B 公開(公告)日: 2022-04-19
發明(設計)人: 周城宏;程洪瑋;劉陽;韓秋龍;譚云濤;雍子豪;谷建光;劉鷹;朱雄峰;王一杉 申請(專利權)人: 中國人民解放軍63921部隊
主分類號: F02K9/96 分類號: F02K9/96;F02K9/42;F02K9/44;F02K9/46;F02K9/52;F02K9/62
代理公司: 北京理工大學專利中心 11120 代理人: 廖輝;郭德忠
地址: 100094 *** 國省代碼: 北京;11
權利要求書: 查看更多 說明書: 查看更多
摘要:
搜索關鍵詞: 一種 推力 液體 火箭發動機 質量 快速 計算方法
【權利要求書】:

1.一種大推力液體火箭發動機質量的快速計算方法,其特征在于,利用已有液體火箭發動機的質量與設計參數的擬合關系進行快速計算,包括以下步驟:

對已有液體火箭發動機的質量與設計參數進行擬合,獲取發動機各組件的質量與參數之間的函數關系;

在對已有液體火箭發動機的質量與設計參數進行擬合,獲取發動機各組件的質量與參數之間的函數關系的步驟中,將發動機模塊化分解為推力室、渦輪泵以及附屬組件,發動機質量m為推力室質量m1、渦輪泵質量m2以及附屬組件質量m3之和;

推力室質量m1為發生器循環中燃氣排放管質量m11、噴注器質量m12、燃燒室質量m13、噴管收縮段質量m14以及噴管擴張段質量m15之和;

對推力室質量m1進行參數化建模,推力室質量m1為噴喉截面積A1、噴注器面積A2、燃燒室壁面積A3、噴管壁面積A4、噴管出口面積A5、燃燒室壓強P、出口噴流速度c、推進劑質量流量推力F以及噴管數n的函數;

對渦輪泵質量進行參數化建模,渦輪泵質量m2為推進劑兩種組分的流量和壓升Δp1和Δp2、密度ρ1和ρ2、泵轉速ω的函數;

對附屬組件進行參數化建模,附屬組件質量m3為發動機推力F的函數;

根據質量-參數的函數關系快速計算發動機的質量。

2.如權利要求1所述的快速計算方法,其特征在于,發動機為燃氣發生器循環式發動機、高壓補燃循環式發動機或者膨脹循環式發動機。

3.如權利要求1所述的快速計算方法,其特征在于,發動機的推進劑為液氫液氧、液氧煤油、液氧甲烷、或者四氧化二氮和偏二甲肼。

4.如權利要求1所述的快速計算方法,其特征在于,對已有液體火箭發動機的質量與設計參數進行擬合,獲取發動機各組件的質量與參數之間的函數關系,具體包括以下步驟:

對推力室質量m1進行參數化建模,推力室質量m1為噴喉截面積A1、噴注器面積A2、燃燒室壁面積A3、噴管壁面積A4、噴管出口面積A5、燃燒室壓強P、出口噴流速度c、推進劑質量流量推力F以及噴管數n的函數,表示為的多元非線性函數;

高壓補燃循環式發動機的擬合形式為:

其中,k1=k11pD-0.5+k12,

A=A5/A1

參數擬合值為:

(k11,k12,k21,k22,k23,k3,k4,k5)=(2·10-6,-17,5.5·10-2,4.7·10-1,-2.36·101,4·106,-1.33·101,1.76·101);

燃氣發生器循環式發動機的擬合形式為:

其中,k1=max(20,k11pD-0.5+k12),

A=A5/A1

參數擬合值為:

(k11,k12,k21,k22,k23,k3,k4)=(3.7·10-6,-17,5.9·10-2,4.7·10-1,-2.36·101,1.6·106,-8.5);

膨脹循環式發動機的擬合形式為:

其中,k1=k11pD-0.5+k12,

A=A5/A1

參數擬合值為:

(k11,k12,k21,k22,k23,k3,k4,k5)=(3.7·10-6,-17,5.4·10-2,5·10-1,-5,3.4·105,-10,2.56·101);

對渦輪泵質量進行參數化建模,渦輪泵質量m2為推進劑兩種組分的流量和壓升Δp1和Δp2、密度ρ1和ρ2、泵轉速ω的函數,表示為的多元非線性函數;

擬合形式為:

高壓補燃循環式發動機的擬合值為:

燃氣發生器式發動機和膨脹循環式發動機的擬合值為:

對附屬組件進行參數化建模,附屬組件質量m3為發動機推力F的函數,表示為m3(F)的非線性函數,擬合形式為:

m3=r1F+r2

高壓補燃循環式發動機的擬合值為:

(r1,r2)=(0.235,57),14700N≤F≤980000N;

(r1,r2)=(0.396,-73.1),980000N≤F≤1600000N;

燃氣發生器式發動機和膨脹循環式發動機的擬合值為:

(r1,r2)=(0.217,57.5),14700N≤F≤980000N;

(r1,r2)=(0.377,-93.1),980000N≤F≤1600000N;

發動機質量m的多元非線性函數表示為:

函數的參數值為:(k11,k12,k21,k22,k23,k3,k4,k5)、(l1,l2)、(r1,r2);

根據質量-參數的函數關系快速計算發動機的質量的步驟,具體包括:

通過發動機質量m的多元非線性函數和參數擬合值計算發動機質量m。

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