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一种调节喉道面积的固体变推发动机内弹道调节方法

申请号 CN202411102448.4 申请日 2024-08-12 公开(公告)号 CN118793540A 公开(公告)日 2024-10-18
申请人 西安现代控制技术研究所; 发明人 邓恒; 许源; 李志浩; 王帅中; 王绍增; 叶一帆; 王昭; 温锦航;
摘要 本 发明 公开了一种调节喉道面积的固体变推 力 发动机 内弹道调节方法,基于固体 火箭发动机 内弹道模型完成等效喉道面积计算,采用喉道面积调节方法,实现发动机内弹道调节,通过对比发动机调节后内弹道参数及目标内弹道参数,实现内弹道调节效果评估。本发明方法可不改变推进剂性能参数及装药药型,根据飞行任务需求,实现发动机内弹道的主动灵活调节。
权利要求

1.一种调节喉道面积的固体变推发动机内弹道调节方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:等效喉道面积计算;

根据发动机的需求的内弹道参数,采用固体火箭发动机内弹道模型,根据发动机推力、燃烧室压力、推进剂性能、装药药型参数,计算发动机工作时间内每一时刻等效喉道面积;

步骤2:喉道面积调节;

根据喉道面积调节机构位置与等效喉道面积的关系,结合每一时刻等效喉道面积,驱动喉道面积调节机构作动,实现等效喉道面积调节,完成发动机内弹道调节;

步骤3:内弹道调节效果评估;

获得调节后的发动机内弹道参数,与目标内弹道参数对比,实现对发动机内弹道调节效果的评估。

2.根据权利要求1所述的一种调节喉道面积的固体变推力发动机内弹道调节方法,其特征在于,所述步骤1具体为:忽略发动机燃面变化和侵蚀效应,将燃气看作完全气体,内弹道计算采用零维模型,对于燃速符合r=aP燃烧室平衡压力公式为:

发动机推力公式为:

F=C

式中,

根据以上公式由内弹道参数计算得到每一时刻等效喉道面积。

3.根据权利要求2所述的一种调节喉道面积的固体变推力发动机内弹道调节方法,其特征在于,所述步骤2具体为:根据喉道面积调节机构位置与等效喉道面积的关系,结合每一时刻等效喉道面积,驱动喉道面积调节机构作动,实现等效喉道面积调节,完成发动机内弹道调节;发动机喉道面积调节机构沿发动机轴向作动,改变发动机内部气流通道的等效喉道面积。

说明书全文

一种调节喉道面积的固体变推发动机内弹道调节方法

技术领域

[0001] 本发明属于火箭技术领域,具体涉及一种调节喉道面积的固体变推力发动机内弹道调节方法。

背景技术

[0002] 固体火箭发动机是在导弹、火箭中广泛应用的动力系统,现有固体火箭发动机内弹道固定,不具备主动能量管理能力,固体变推力发动机是具备主动能量管理能力的先进固体动力,有助于导弹机动性能和作战能力的提升。发动机内弹道调节是固体变推力发动机设计的关键问题,现有内弹道调节方法只能按照固定变化规律调节发动机内弹道,无法根据飞行任务需求主动灵活调节发动机内弹道。

发明内容

[0003] 为了克服现有技术的不足,本发明提供了一种调节喉道面积的固体变推力发动机内弹道调节方法,基于固体火箭发动机内弹道模型完成等效喉道面积计算,采用喉道面积调节方法,实现发动机内弹道调节,通过对比发动机调节后内弹道参数及目标内弹道参数,实现内弹道调节效果评估。主要包括以下步骤:等效喉道面积计算,喉道面积调节,内弹道调节效果评估。等效喉道面积计算步骤根据发动机的目标内弹道参数,计算发动机工作时间内每一时刻等效喉道面积;喉道面积调节步骤根据喉道面积调节机构位置与等效喉道面积的关系,驱动喉道面积调节机构作动,实现等效喉道面积调节,完成发动机内弹道调节;内弹道调节效果评估步骤根据调节后发动机内弹道参数,评估内弹道调节效果。本发明方法可不改变推进剂性能参数及装药药型,根据飞行任务需求,实现发动机内弹道的主动灵活调节。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:
[0005] 步骤1:等效喉道面积计算;
[0006] 根据发动机的需求的内弹道参数,采用固体火箭发动机内弹道模型,根据发动机推力、燃烧室压力、推进剂性能、装药药型参数,计算发动机工作时间内每一时刻等效喉道面积;
[0007] 步骤2:喉道面积调节;
[0008] 根据喉道面积调节机构位置与等效喉道面积的关系,结合每一时刻等效喉道面积,驱动喉道面积调节机构作动,实现等效喉道面积调节,完成发动机内弹道调节;
[0009] 步骤3:内弹道调节效果评估;
[0010] 获得调节后的发动机内弹道参数,与目标内弹道参数对比,实现对发动机内弹道调节效果的评估。
[0011] 优选地,所述步骤1具体为:
[0012] 忽略发动机燃面变化和侵蚀效应,将燃气看作完全气体,内弹道计算采用零维模型,对于燃速符合r=aPn规律的推进剂,推力系数由下式计算:
[0013]
[0014] 燃烧室平衡压力公式为:
[0015]
[0016] 发动机推力公式为:
[0017] F=CFPcAt
[0018] 式中,CF为推力系数,Pe为喷管出口压力,Pa为标准大气压力,Pc为燃烧室压力,Ae为喷管出口面积,At为喉道面积,k为燃气比热比,ρP为推进剂密度,C*为推进剂特征速度,a为燃速系数,Ab为燃面面积,n为压力指数;
[0019] 根据以上公式由内弹道参数计算得到每一时刻等效喉道面积。
[0020] 优选地,所述步骤2具体为:
[0021] 根据喉道面积调节机构位置与等效喉道面积的关系,结合每一时刻等效喉道面积,驱动喉道面积调节机构作动,实现等效喉道面积调节,完成发动机内弹道调节;发动机喉道面积调节机构沿发动机轴向作动,改变发动机内部气流通道的等效喉道面积。
[0022] 本发明的有益效果如下:
[0023] 1、本发明通过调节喉道面积,实现了固体变推力发动机内弹道的调节。
[0024] 2、本发明可不改变推进剂性能参数及装药药型,根据飞行任务需求,实现发动机内弹道的主动灵活调节。附图说明
[0025] 图1是本发明方法流程图
[0026] 图2是本发明方法内弹道调节机构位置与等效喉道面积之间的关系示意图。
[0027] 图3是本发明方法喉道面积调节机构结构示意图。
[0028] 图4是本发明方法内弹道调节结果示意图。

具体实施方式

[0029] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0030] 本发明主要解决的技术问题是:固体变推力发动机内弹道主动灵活调节。
[0031] 本发明提供一种调节喉道面积的固体变推力发动机内弹道调节方法,本方法基于固体火箭发动机内弹道模型,采用喉道面积调节方法,实现发动机内弹道调节。如图1所示,本设计方法主要包括三个步骤:等效喉道面积计算、喉道面积调节、内弹道调节效果评估。
[0032] 等效喉道面积计算步骤根据发动机的需求的内弹道参数,采用固体火箭发动机内弹道模型,根据发动机推力、燃烧室压力、推进剂性能、装药药型等参数,计算发动机工作时间内每一时刻等效喉道面积;
[0033] 喉道面积调节步骤根据喉道面积调节机构位置与等效喉道面积的关系,结合上一步骤计算得到的每一时刻等效喉道面积,驱动喉道面积调节机构作动,实现等效喉道面积调节,完成发动机内弹道调节。
[0034] 内弹道调节效果评估步骤中获得调节后的发动机内弹道参数,与目标内弹道参数对比,实现对发动机内弹道调节效果的评估。
[0035] 实施例:
[0036] 本发明公开的一种调节喉道面积的固体变推力发动机内弹道调节方法流程图如图1所示,主要包括三个步骤:等效喉道面积计算、喉道面积调节、内弹道调节效果评估。
[0037] (一)等效喉道面积计算
[0038] 忽略发动机燃面变化和侵蚀效应,将燃气看作完全气体,内弹道计算采用零维模型,对于燃速符合r=aPn规律的推进剂,推力系数由下式计算
[0039]
[0040] 燃烧室平衡压力公式为
[0041]
[0042] 发动机推力公式为
[0043] F=CFPcAt
[0044] 根据上述公式可由内弹道参数计算得到每一时刻等效喉道面积。
[0045] (二)喉道面积调节
[0046] 喉道面积调节步骤根据如图2所示的喉道面积调节机构位置与等效喉道面积的关系,结合上一步骤计算得到的每一时刻等效喉道面积,驱动喉道面积调节机构作动,实现等效喉道面积调节,完成发动机内弹道调节。发动机喉道面积调节结构如图3所示,发动机喉道面积调节机构沿发动机轴向作动,改变发动机内部气流通道的等效喉道面积。
[0047] (三)内弹道调节效果评估
[0048] 内弹道调节效果评估步骤中获得调节后的发动机内弹道参数,内弹道调节结果如图4所示,将调节后的内弹道参数与目标内弹道参数对比,实现对发动机内弹道调节效果的评估。
[0049] 本发明公开的一种调节喉道面积的固体变推力发动机内弹道调节方法已经成功进行了实验验证,可满足使用要求。
[0050] 由上述技术方案可以看出,本发明可以不改变推进剂性能参数及装药药型,根据飞行任务需求,实现发动机内弹道的主动灵活调节。