常温推进剂燃气发生器低压点火动态模型建立方法技术

本发明专利技术提供一种常温推进剂燃气发生器低压点火动态模型建立方法，解决现有推进剂燃气发生器燃烧过程所建立的动态模型，单纯采用转化时间模拟转化量，过高估计点火初始阶段反应能力的问题。该方法包括步骤：1)热力组件动态模型中，在推进剂转化率和前增加转化率修正系数α，得到修正后液体燃料、液体氧化剂、燃烧产物燃气质量积累公式；当K

【技术实现步骤摘要】
常温推进剂燃气发生器低压点火动态模型建立方法


[0001]本专利技术属于液体火箭发动机系统仿真领域，涉及一种动态模型，具体涉及一种基于推进剂转化率修正的常温推进剂燃气发生器低压点火动态仿真模型建立方法。

技术介绍

[0002]燃气发生器作为泵压式液体火箭发动机的重要组件，用于产生燃气驱动涡轮泵实现推进剂增压供给，最终进入推力室产生推力。推进剂在燃气发生器内的流动燃烧过程是极为复杂的物理化学过程，对它的工作机理及其动态过程模拟方法的研究一直是液体火箭推进领域的重要研究方向之一。
[0003]目前，对燃气发生器中的燃烧过程通常采用反应燃烧过程平均效应的时滞瞬时均匀混合模型，在建立动态数学模型时，需做如下假设：(1)进入燃气发生器中的液相推进剂在经过一个转化时间后，瞬时变为气相的燃烧产物；(2)燃烧过程是绝热的，燃烧反应热全部用于加热生成燃气；(3)燃烧瞬时完成，且燃烧产物均为理想气体。
[0004]推进剂由液相转为气相燃烧产物的转化时间是一个重要参数，该转化时间是推进剂雾化、混合、蒸发、燃烧等过程的时间总和。对于非自燃推进剂，转化时间是关于压力的函数。然而，对于常温推进剂补燃循环发动机，其燃气发生器为富氧燃气发生器，且点火时推进剂仅由低箱压驱动(不超过2MPa)，属于富氧低压点火。低压供给的常温推进剂，氧化剂率先进入燃气发生器，存在大量积存时，随后燃料进入自燃点火，在燃料进入的初始阶段，有部分氧化剂与之发生化学反应，而其余氧化剂则处于受热蒸发过程，并不会立即大量转化为燃气。且当氧化剂积存量较大时，少量燃料进入甚至可能出现湮灭情况，导致燃气发生器室压建立时间滞后，建压速度远远低于根据固定转化时间计算所获得的建压速度。因此，单纯采用转化时间模拟转化量，将过高的估计点火初始阶段的反应能力，导致动态仿真模型的准确性降低。

技术实现思路

[0005]为了解决现有推进剂燃气发生器燃烧过程所建立的动态模型，单纯采用转化时间模拟转化量，过高估计点火初始阶段反应能力，导致动态仿真模型准确性降低的技术问题，本专利技术提供了一种常温推进剂燃气发生器低压点火动态模型建立方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：
[0007]一种常温推进剂燃气发生器低压点火动态模型建立方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0008]1)热力组件动态模型中，在推进剂转化率和前增加转化率修正系数α，得到修正后的液体燃料、液体氧化剂、燃烧产物燃气的质量积累公式，分别如下式：
[0009][0010][0011][0012]式中：m
lf
、m
lo
、m
g
分别为燃气发生器中积存的液体燃料、液体氧化剂和燃气质量；
[0013]q
mlfi
、q
mloi
分别为流入燃气发生器的燃料、氧化剂的质量流量；
[0014]q
mlfe
、q
mloe
、q
mge
分别为流出燃气发生器的燃料、氧化剂和燃气的质量流量；
[0015]τ
o
、τ
f
分别为氧化剂和燃料的转化时间；
[0016]转化率修正系数α计算如下：
[0017]当K
g
≥K
g_rate
时，α＝c1(t
‑
t1)2+c1(t
‑
t1)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0018]当K
g
<K
g_rate
时，
[0019]其中，t为当前时刻，t1为有推进剂进入燃气发生器的时刻，t2为燃气发生器混合比K
g
等于临界混合比K
g_rate
对应的时刻，c1和c2为经验系数；
[0020]2)根据步骤1)中的公式(1)、公式(2)、公式(3)，以及推进剂组元混合比K
g
计算公式、燃气腔中燃烧产物RT值计算公式、燃气发生器压力计算公式，得到转化率修正后的常温推进剂燃气发生器低压点火动态模型；
[0021]其中，推进剂组元混合比K
g
计算公式如下：
[0022][0023]燃气腔中燃烧产物RT值计算公式如下：
[0024][0025]式中，τ
g
为燃气在燃气发生器中停留时间；RT(K
g
,p
gg
)为对应于混合比K
g
和压力p
gg
时的理论RT值；
[0026]燃气发生器压力计算公式：
[0027][0028]式中，V为燃气发生器的容积；ρ
o
、ρ
f
分别为氧化剂和燃料的密度；p
gg
为燃气发生器压力。
[0029]进一步地，步骤1)中，c1取值为0.1～0.3；
[0030]c2＝1
‑
[c1(t2‑
t1)2+c1(t2‑
t1)]。
[0031]进一步地，步骤1)中，氧化剂、燃料分别为四氧化二氮和偏二甲肼，K
g_rate
＝36；c1＝0.1。
[0032]进一步地，步骤1)中，τ
o
、τ
f
均为0.001s。
[0033]与现有技术相比，本专利技术的优点是：
[0034]本专利技术在现有热力组件动态模型的推进剂转化率前增加转化率修正系数，转化率修正系数采用抛物线函数结合双曲正切函数，通过燃气混合比达到临界混合比为时间点来控制两个阶段(抛物线函数和双曲正切函数)的转换时刻，因此本专利技术建立的点火动态模型能够准确模拟常温推进剂富氧燃气发生器低压点火室压存在低工况建压缓慢的现象，避免传统模型对点火初始阶段转化速率的过高估计，显著提升了动态仿真模型的准确性。
附图说明
[0035]图1是本专利技术常温推进剂燃气发生器低压点火动态模型建立方法实施例中推进剂转化率修正系数曲线示意图；
[0036]图2是本专利技术常温推进剂燃气发生器低压点火动态模型建立方法实施例中燃气混合比与转化率修正系数对应关系曲线图，其中，a为混合比曲线，b为转化率修正系数曲线；
[0037]图3是本专利技术常温推进剂燃气发生器低压点火动态模型建立方法实施例中燃气发生器压力仿真试验对比示意曲线图(修正前)，其中，a为仿真曲线，b为试验曲线；
[0038]图4是本专利技术常温推进剂燃气发生器低压点火动态模型建立方法实施例中燃气发生器压力仿真试验对比示意曲线图(修正后)，其中，a为仿真曲线，b为试验曲线。
具体实施方式
[0039]以下结合附图和具体实施例对本专利技术的内容作进一步详细描述。
[0040]本专利技术将推进剂的转化分为两个阶段：第一阶段是以蒸发为主、燃烧为辅，通过转化率修正系数降低采用传统转化时间计算获得的转化量。第二个阶段进入正常燃烧阶段，转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种常温推进剂燃气发生器低压点火动态模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对热力组件动态模型，在推进剂转化率和前增加转化率修正系数α，得到修正后的液体燃料、液体氧化剂、燃烧产物燃气的质量积累公式，分别如下式：正后的液体燃料、液体氧化剂、燃烧产物燃气的质量积累公式，分别如下式：正后的液体燃料、液体氧化剂、燃烧产物燃气的质量积累公式，分别如下式：式中：m
lf
、m
lo
、m
g
分别为燃气发生器中积存的液体燃料、液体氧化剂和燃气质量；q
mlfi
、q
mloi
分别为流入燃气发生器的燃料、氧化剂的质量流量；q
mlfe
、q
mloe
、q
mge
分别为流出燃气发生器的燃料、氧化剂和燃气的质量流量；τ
o
、τ
f
分别为氧化剂和燃料的转化时间；转化率修正系数α计算如下：当K
g
≥K
g_rate
时，α＝c1(t
‑
t1)2+c1(t
‑
t1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)当K
g
<K
g_rate
时，其中，t为当前时刻，t1为有推进剂进入燃气发生器的时刻，t2为燃气发生器混合比K
g
等于临界混合比K
g_rate
对应的时刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丹，陈宏玉，周康，刘占一，李舒欣，周晨初，李晨沛，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：