本发明专利技术提供了一种以超临界二氧化碳为工作介质的冷发射过程的表征方法和计算机程序产品。该方法包括以下步骤：1)获取冷发射系统的结构参数、初始状态参数以及预设工作参数；2)计算高压室快速增压过程；3)计算阀门开启后高压室内二氧化碳状态的动态变化过程；4)计算变体积低压室内二氧化碳状态的动态变化过程以及飞行器运动变量，直至飞行器位移X或速度v是否达到预定发射要求。利用本发明专利技术，可以快速地得到冷发射过程中高低压室内二氧化碳状态的动态变化特性和该变化特性与飞行器运动的关联关系，为以超临界二氧化碳为工作介质的冷发射系统的设计研发提供理论指导，降低系统研发设计的成本和周期。
【技术实现步骤摘要】
一种以超临界二氧化碳为工作介质的冷发射过程的表征方法和计算机程序产品
本专利技术涉及冷发射领域，尤其涉及使用二氧化碳作为工作介质的冷发射过程的表征方法。
技术介绍
导弹或运载火箭等不依靠自身发动机实现发射的方式称为冷发射。目前较为常见的是蒸汽弹射和燃气蒸汽弹射，但是这些弹射方式存在一些局限，主要是：1)需配备较大体积的蒸汽储罐，压缩载弹量空间；2)弹射负载小，当弹射负载达到一定程度继续增加负载则使得消耗蒸汽量和能量快速增加；3)弹射能力调节系统复杂，降低了系统的可靠性。鉴于此，各国陆续对其他弹射方式进行了研究。二氧化碳相对于传统的弹射工质具有临界压力低、临界温度为常温、单位质量内能大等优点，是一种潜在的优质弹射工作介质。但目前对于以二氧化碳作为弹射工作介质，在弹射过程中高低压室内二氧化碳状态的动态变化特性及其与导弹运动的相关联系还缺乏了解。以上介绍的技术信息旨在便于快速理解本专利技术的目的以及构思，因此可能包含并不构成本领域技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于：提供一种计算以二氧化碳作为冷发射工作介质在弹射过程中高低压室内二氧化碳热力状态的动态变化特性以及该变化特性与飞行器运动的相关量化关系方法，以此简化、直观地表征其冷发射过程。为实现以上专利技术目的，本专利技术提出的方案是：一种以超临界二氧化碳为工作介质的冷发射过程的表征方法，包括以下步骤：1)参数获取：获取冷发射系统的结构参数、初始状态参数以及预设工作参数；其中，所述初始状态参数包括冷发射系统的高压室内二氧化碳初始充注状态下的温度T0和压力P0，所述预设工作参数包括冷发射系统的高压室内加热功率W、预备输入高压室的总热量Q和阀门设定开启压力Pval；2)计算高压室快速增压过程根据步骤1)获得的二氧化碳压力P0温度T0，计算充注二氧化碳密度ρ0和质量m0，并利用式(1)计算加热过程中比内能u的变化：并由密度ρ0和比内能u计算加热后高压室内压力P1和温度T1，当P1达到阀门设定开启压力Pval后停止计算；3)计算阀门开启后高压室内二氧化碳状态的动态变化过程高压室内压力达到阀门设定开启压力Pval时，控制阀门开启，高压二氧化碳流向低压室；高压室内满足式(2)低压室内满足式(3)式中，t是时间，W是高压室内加热功率，U1、U2是高压室和低压室的热力学能，hout、hin分别是流出高压室和流入低压室的二氧化碳的焓，是流出高压室和流入低压室的二氧化碳流量；其中式中，m1、m2分别是高压室内和低压室内的二氧化碳质量，进而有hout＝hin；将均简记为则：当高低压室内压比P1/P2不超过临界值时，按照式(5)计算当高低压室内压比P1/P2高于临界值时，使用式(6)计算式中，A1是发射筒横截面积，Cq是与阀门结构相关的流量系数，P1、P2分别是高低压室内的绝对压力，ρ1是从高压室流入低压室时二氧化碳的密度，κ是二氧化碳绝热指数；按照式(7)计算二氧化碳自高压室内流入低压室后高压室内二氧化碳比内能u1和计算二氧化碳自高压室内流入低压室后高压室内二氧化碳密度ρ1；进而由密度ρ1和比内能u1计算二氧化碳自高压室内流入低压室后的高压室内压力P1和温度T1；4)计算变体积低压室内二氧化碳状态的动态变化过程飞行器运动变量当低压室内压力尚不足以推动飞行器运动时，参照式(3)至式(6)计算低压室内内能u2和二氧化碳自高压室内流入低压室后低压室内二氧化碳密度ρ2，进而计算得到二氧化碳自高压室内流入低压室后低压室内压力P2和温度T2；当低压室内压力足于推动飞行器运动时，低压室内二氧化碳膨胀，此时低压室内二氧化碳内能按照式(8)计算飞行器运动由式(9)计算式中，u'2为膨胀后低压室内内能，p0是大气压力，G为飞行器重力，F为飞行器受到的摩擦力，X是飞行器位移，ΔEk是飞行器动能变化量；由计算得到的膨胀后低压室内内能u'2，结合膨胀过程的飞行器位移X计算膨胀后的低压室内二氧化碳密度ρ'2，进而计算得到膨胀过程中变体积低压室内二氧化碳压力P2和温度T2；5)判断飞行器位移X或速度v是否达到预定发射要求，如果尚未达到预定发射要求，则继续按照步骤2)至步骤4)进行计算。可选地，步骤1)中所述冷发射系统的结构参数包括高压室体积V1、低压室初始体积V2、发射筒横截面积A1、发射筒行程长度L、发射筒倾角θ、飞行器质量M和阀门面积A2。可选地，步骤1)中具体是在工作现场利用温度传感器和压力传感器或提前根据预先配置的充注系统获取初始状态参数。可选地，步骤3)中，二氧化碳绝热指数κ取值1.3。可选地，步骤3)中，按照式(5)和式(6)分别计算取其中较小者作为计算结果。相应的，本专利技术还提供了一种计算机设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有若干程序，其特征在于，所述程序被处理器加载运行时实现上述的一种以超临界二氧化碳为工作介质的冷发射过程的表征方法。相应的，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，存储有若干程序，其特征在于，所述程序被处理器加载运行时实现上述的一种以超临界二氧化碳为工作介质的冷发射过程的表征方法。本专利技术的有益效果为：利用本专利技术，可以快速地得到冷发射过程中高低压室内二氧化碳状态的动态变化特性和该变化特性与飞行器运动的关联关系，为以超临界二氧化碳为工作介质的冷发射系统的设计研发提供理论指导，降低系统研发设计的成本和周期。附图说明图1为冷发射系统的简化示意图。图2为本专利技术的一个实施例的流程图。图3为本专利技术的一个实施例计算的高低压室内压力结果。图4为本专利技术的一个实施例计算的高低压室内温度结果。图5为本专利技术的一个实施例计算的飞行器加速度、速度、位移结果。附图标记如下：其中：1.高压室；2.阀门；3.低压室；4.托盘；5.飞行器；6.发射筒。具体实施方式下面结合附图，通过实施例对本专利技术做进一步详细说明。如图1所示，一个以二氧化碳作为弹射介质的冷发射系统。初始时低压室充注压力3MPa，温度为263.15K(-10℃)的过冷二氧化碳液体，高压室体积为0.002m3，低压室初始体积0.4m3，发射筒直径0.3m，飞行器出筒行程6m，阀门直径0.005m，阀门开启压力120MPa，高压室加热功率8000kW，加热时长0.1s。发射筒竖直。摩擦力为重力的0.3倍，飞行器质量600kg。1)参数获取：在工作现场或提前获取高压室体积0.002m3，低压室初始体积0.4m3，发射筒横截面积7.0686×10-4m2，发射筒行程长度6m，发射筒倾角90°，飞行器质量600kg，阀门面积1.963×10-4m2。在工作现场利用温度传感器和压力传感器或提本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种以超临界二氧化碳为工作介质的冷发射过程的表征方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)参数获取：/n获取冷发射系统的结构参数、初始状态参数以及预设工作参数；其中，所述初始状态参数包括冷发射系统的高压室内二氧化碳初始充注状态下的温度T0和压力P0，所述预设工作参数包括冷发射系统的高压室内加热功率W、预备输入高压室的总热量Q和阀门设定开启压力P
【技术特征摘要】
1.一种以超临界二氧化碳为工作介质的冷发射过程的表征方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)参数获取：
获取冷发射系统的结构参数、初始状态参数以及预设工作参数；其中，所述初始状态参数包括冷发射系统的高压室内二氧化碳初始充注状态下的温度T0和压力P0，所述预设工作参数包括冷发射系统的高压室内加热功率W、预备输入高压室的总热量Q和阀门设定开启压力Pval；
2)计算高压室快速增压过程
根据步骤1)获得的二氧化碳压力P0温度T0，计算充注二氧化碳密度ρ0和质量m0，并利用式(1)计算加热过程中比内能u的变化：
并由密度ρ0和比内能u计算加热后高压室内压力P1和温度T1，当P1达到阀门设定开启压力Pval后停止计算；
3)计算阀门开启后高压室内二氧化碳状态的动态变化过程
高压室内压力达到阀门设定开启压力Pval时，控制阀门开启，高压二氧化碳流向低压室；高压室内满足式(2)
低压室内满足式(3)
式中，t是时间，W是高压室内加热功率，U1、U2是高压室和低压室的热力学能，hout、hin分别是流出高压室和流入低压室的二氧化碳的焓，是流出高压室和流入低压室的二氧化碳流量；其中
式中，m1、m2分别是高压室内和低压室内的二氧化碳质量，进而有hout＝hin；将均简记为则：
当高低压室内压比P1/P2不超过临界值时，按照式(5)计算
当高低压室内压比P1/P2高于临界值时，使用式(6)计算
式中，A1是发射筒横截面积，Cq是与阀门结构相关的流量系数，P1、P2分别是高低压室内的绝对压力，ρ1是从高压室流入低压室时二氧化碳的密度，κ是二氧化碳绝热指数；
按照式(7)计算二氧化碳自高压室内流入低压室后高压室内二氧化碳比内能u1和计算二氧化碳自高压室内流入低压室后高压室内二氧化碳密度ρ1；
进而由密度ρ1和比内能u1计算二氧化碳自高压室内流入低压室后的高压室内压力P1和温度T1；
4)计算变体积低压室内二氧化碳状态的动态变化过程飞行器运动变量
当低压室内压力尚不足以推动飞行器运动时，参照式(3)至式(...
【专利技术属性】
技术研发人员：文键，李超龙，王超，王合久，秦会国，何春涛，杨向东，王斯民，
申请(专利权)人：西安交通大学，北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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