基于模板的燃气发生器向导式设计方法技术

本发明专利技术公布了一种基于模板的燃气发生器向导式设计方法，包括1)确定总体分配的技术要求；2)概要设计：对总体分配的技术要求进行分析和解读，根据技术要求初选主要设计参数，并进行初步的性能指标参数计算；3)部件设计，对组成燃气发生器的各个组成部分分别进行参数建模等步骤，本发明专利技术通过向导式设计方法固化设计经验，缩短设计时间，减少设计问题；通过参数化建模，简化模型修改过程，让优化成为可能；基于模板设计，让设计任务类型化，更方便选择和设计。

Guided design method of gas generator based on template

The invention discloses a template-based guide design method for gas generators, including 1) determining the technical requirements for overall distribution; 2) outline design: analyzing and interpreting the technical requirements for overall distribution, selecting the main design parameters according to the technical requirements, and calculating the preliminary performance parameters; 3) component design; The invention solidifies the design experience through the guided design method, shortens the design time and reduces the design problems; simplifies the model modification process through the parametric modeling, and makes the optimization possible; and makes the design task class based on the template design. It is more convenient to choose and design.

【技术实现步骤摘要】
基于模板的燃气发生器向导式设计方法
本专利技术属于航空宇航推进技术研究范畴，涉及一种基于模板的燃气发生器向导式设计方法。
技术介绍
单组元燃气发生器是微小型液体火箭发动机中的一种，常用于飞行器的姿轨控动力系统。根据总体对单组元燃气发生器的要求和初步确定的组件，在合理的技术条件和限制范围内开始燃气发生器的系统设计。由于燃气发生器的设计有一定的设计规程，加之选用参数繁多，燃气发生器设计工作者经常需要花费大量的精力进行繁忙的绘图和计算，通过优化选择、反复迭代和实验验证来不断改进组件特性和系统特性，以满足设计要求，完成燃气发生器的最终设计。燃气发生器设计与总体设计常常是重叠、交错和反复进行的过程。在以往的单组元燃气发生器设计过程中，具有丰富专业知识和经验的设计人员对整个设计过程起着举足轻重的作用。而且在实际工作中会出现一些不必要的差错。目前的设计方案流程效率低，模型修改困难、耗时。而且设计质量因人而异，很没有保障。所以，传统的设计方法可谓是门槛高，效率低，质量也不稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适合单组元燃气发生器设计方法，克服现有设计方法的不足。本专利技术的技术解决方案是：本专利技术基于模板的单组元燃气发生器向导式设计方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：1)确定总体分配的技术要求2)概要设计：对总体分配的技术要求进行分析和解读，根据技术要求初选主要设计参数，并进行初步的性能指标参数计算，具体为：2.1)：根据总体要求的燃气发生器主要技术指标，确定燃气发生器的宏观结构参数；2.2)根据2.1)中确定的参数，在已定型的燃气发生器性能参数中，选择本次设计的燃气发生器的分解室参数；2.3)根据2.1)及2.2)中确定的参数进行热力计算，给出燃气发生器的主要性能参数；2.4)如果步骤2.3)中得到的主要性能参数能满足总体分配的技术要求，则进行下一步设计，反之调整步骤2.1-2.2中的参数，重新计算；2.5)将步骤2.1)、2.2)及2.3)中最终确定的符合总体技术要求的参数汇总成表；3)部件设计3.1)参数建模：对组成燃气发生器的各个组成部分分别进行参数建模；参数化建模时，将燃气发生器的关键设计参数变量化，提取已定型的燃气发生器模型中众多设计参数之间的主要约束关系，并将其固化在模板中；为优化设计和变量化驱动三维建模提供数据接口和技术支持；3.2)根据概要设计中与装配相关的参数，对各部件参数模模板中的与装配相关的参数进行调整，保证各部件的可靠装配；3.3)根据概要设置中的相关参数设置及以往成熟设计经验，确定各部件参数模板中的其余的变量参数值，完成各部件的详细设计；4)仿真验证。上述单组元燃气发生器的模板主要由头部设计模板、分解室设计模板和喷管组成设计模板组成。上述头部设计模板包括喷注器设计子模板、喷注管设计子模板及头部辅助结构设计子模板。上述喷管组成设计模板包括锥形喷管模板、双圆弧喷管模板、特型喷管模板。本专利技术与现有技术相比，优点是：1、本专利技术进行参数化建模，支持燃气发生器参数化驱动建模系统，简化模型修改过程，让优化成为可能，并为后期的参数化设计结果数值仿真提供技术支持。该设计方法以设计变量为桥梁，沟通了燃气发生器部件结构设计与性能仿真，实现了对“方案-结构-性能仿真”整体的参数化衔接。基于模板化设计，让单组元燃气发生器设计任务类型化，更方便选择和设计。2、本专利技术通过向导式数字化设计，用简单明了的设计模板，帮助设计人员进行燃气发生器的关键设计参数、各部件结构形式以及推进剂种类的选择，支持设计人员顺利完成由知识驱动的专业自动化设计，达到提高设计效率和设计质量的目的。该方法的主要优势体现在能够根据产品本身以及设计过程的特点，制定一个全面的包括设计思路和设计参数的模板，使得设计人员能够根据其设计思路和产品参数特点，快速地使产品从构想成为现实。附图说明图1为数字化设计模块结构图；图2为参数化驱动建模过程。具体实施方式以下对本专利技术进行详细说明。本专利技术基于模板的燃气发生器向导式设计方法，能够根据单组元燃气发生器性能指标要求，用简单明了的设计流程，帮助设计人员进行燃气发生器的关键设计参数、各部件结构形式以及推进剂种类的选择，为能够进行快速模样生成提供条件。向导式数字化设计的核心在于建立合适的设计流程，该流程应与传统的设计经验方法相适应，能够将设计经验转化为流程中的备选项，同时统一化管理设计过程中的细节问题，做到尽量避免重复设计，达到快速建模的目的，设计流程如图1所示：采用参数化建模技术是该方法的主要特色之一。参数化技术是指采用参数预定义的方法建立单组元燃气发生器设计模板的集合约束集，指定一组尺寸作为参数使其与几何约束集相关联，并将所有的关联式融入到应用程序中，最终由程序根据这些参数及其变化顺序地执行表达式来实现设计的方法。在参数化的设计中，初始的单组元燃气发生器零件图设计和装配图都是粗略的，以后逐步反复细化和充实。这种设计流程叫做“自顶而下”的设计。结构设计能够满足参数指标要求后，结构参数经过归纳整理，形成参数列表(如表1)，进入参数化建模过程。表1发生器设计参数单组元催化分解燃气发生器的建模，建立在变量化参数设计的基础之上，将结构设计中完成的结构参数输入到已经进行变量化处理的模板中，驱动模板建模，可以快速将设计成果转化到模型之中，具体的过程通过获得模型参数列表——参数化驱动建模的大致过程进行，如图2所示：在对燃气发生器设计参数的分解过程中，与发生器设计相关的有关参数都已经过整理归纳，以这些参数列表为基础，建立合适的燃气发生器快速设计模板，方便设计过程中随时按照设计流程或者设计产品的组织构型调用对应的设计模板参数，为设计提供便利。下面以单组元催化分解燃气发生器为例对本专利技术进行详细介绍。单组元催化分解燃气发生器设计模板主要由头部设计模板、分解室设计模板(催化剂床)和喷管组成设计模板组成。1、头部设计模板1.1).喷注器设计子模板喷注器是燃气发生器部件中十分重要的元件，发生器性能的好坏在很大程度上取决于喷注器的质量，喷注器直接影响发生器的工作寿命、启动性能、效率及工作稳定性。喷注器设计子模板包括：莲蓬式喷注器模板、穿入式喷注器模板、头腔分配式模板。1.2).喷注管设计子模板头部压降一般取室压的25％～50％，通过选择不同的喷注管根数np和隔热框长度，计算出适合压降值的喷注管通径。1.3).头部辅助结构设计子模板通过上述计算确定喷注器及喷注管的设计参数后，输入相关参数完成燃气发生器的头部结构设计。需输入设计参数的部件包含法兰盘、入口接嘴及隔热框。2、分解室设计模板催化剂床作用是将推进剂催化分解为高温气体工质，产生热能，主要由床壳体、催化剂、隔网及挡板组成。在燃气发生器概要设计模块中，已经初步确定了床载荷、床直径等。催化剂床壳体根据床径和床长可以确定。隔板设计分两处，一处放置在催化剂床与喷管之间，另一个放置在粗细颗粒催化剂之间。隔板的外形尺寸根据床壳体的参数以及隔板具体所处位置决定，应选择抗热和抗渗碳能力强的材料。3、喷管组成设计模板系统除了要求燃气发生器的额定流量、出口燃气压力外，还希望发生器的出口燃气速度、温度较低。进行燃气发生器喷管设计时，为了控制喷管出口的燃气速度，一般选取收缩喷管，满足系统对出口压力和速度的要求。喷管组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于模板的单组元燃气发生器向导式设计方法，其特征在于：包括以下步骤：1)确定总体分配的技术要求2)概要设计：对总体分配的技术要求进行分析和解读，根据技术要求初选设计参数，并进行初步的性能指标参数计算，具体为：2.1)：根据总体要求的燃气发生器技术指标，确定燃气发生器的宏观结构参数；2.2)根据2.1)中确定的参数，在已定型的燃气发生器性能参数中，选择本次设计的燃气发生器的分解室参数；2.3)根据2.1)及2.2)中确定的参数进行热力计算，给出燃气发生器的性能参数；2.4)如果步骤2.3)中得到的性能参数能满足总体分配的技术要求，则进行下一步设计，反之调整步骤2.1‑2.2中的参数，重新计算；2.5)将步骤2.1)、2.2)及2.3)中最终确定的符合总体技术要求的参数汇总成表；3)部件设计3.1)参数建模：对组成燃气发生器的各个组成部分分别进行参数建模；参数化建模时，将燃气发生器的关键设计参数变量化，提取已定型的燃气发生器模型中设计参数之间的约束关系，并将其固化在模板中；为优化设计和变量化驱动三维建模提供数据接口和技术支持；3.2)根据概要设计中与装配相关的参数，对各部件参数模板中的与装配相关的参数进行调整，保证各部件的可靠装配；3.3)根据概要设计中的相关参数设置及以往成熟设计经验，确定各部件参数模板中的其余的变量参数值，完成各部件的详细设计；4)仿真验证。...

【技术特征摘要】
1.基于模板的单组元燃气发生器向导式设计方法，其特征在于：包括以下步骤：1)确定总体分配的技术要求2)概要设计：对总体分配的技术要求进行分析和解读，根据技术要求初选设计参数，并进行初步的性能指标参数计算，具体为：2.1)：根据总体要求的燃气发生器技术指标，确定燃气发生器的宏观结构参数；2.2)根据2.1)中确定的参数，在已定型的燃气发生器性能参数中，选择本次设计的燃气发生器的分解室参数；2.3)根据2.1)及2.2)中确定的参数进行热力计算，给出燃气发生器的性能参数；2.4)如果步骤2.3)中得到的性能参数能满足总体分配的技术要求，则进行下一步设计，反之调整步骤2.1-2.2中的参数，重新计算；2.5)将步骤2.1)、2.2)及2.3)中最终确定的符合总体技术要求的参数汇总成表；3)部件设计3.1)参数建模：对组成燃气发生器的各个组成部分分别进行参数建模；参数化建模时，将燃气发生器的关键设计参数变量化，提...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳明，惠卫华，刘晓伟，李平，曹晶，刘旸，鲍福廷，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61