火箭发动机阀门密封性能指标计算方法、装置及电子设备制造方法及图纸

本申请提供了火箭发动机阀门密封性能指标计算方法、装置及电子设备，涉及航天技术领域，具体为：对火箭发动机阀门的几何模型进行结构预处理；对预处理后的火箭发动机阀门的几何模型进行流动传热仿真，得到火箭发动机阀门内部流过推进剂时，阀门流道的压力分布以及阀门固体域的温度分布；对预处理后的火箭发动机阀门的几何模型进行流

【技术实现步骤摘要】
火箭发动机阀门密封性能指标计算方法、装置及电子设备


[0001]本申请涉及航天
，尤其是涉及火箭发动机阀门密封性能指标计算方法、装置及电子设备。

技术介绍

[0002]在现有的火箭发动机阀门设计中，对于阀门密封性能的设计一般是在设计阶段通过经验公式进行估算，通过试验对密封性能进行测试，如若泄漏量超标，则使用经验公式进行再次修正后进行试验，不断迭代，直至满足要求。
[0003]目前来看，这种使用经验公式进行估算，再进行试验校核的方法误差过大，一般是密封性能冗余过多或密封不足。原因是经验公式的提出往往是基于一定假设，这将限制经验公式的使用，既针对不同对象，经验公式的适用性不强。另一方面，使用试验的方式来校核经验公式得到的阀门密封性能，成本较高。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请提供了火箭发动机阀门密封性能指标计算方法、装置及电子设备，
[0005]第一方面，本申请实施例提供了一种火箭发动机阀门密封性能指标计算方法，包括：
[0006]对火箭发动机阀门的几何模型进行结构预处理；
[0007]对预处理后的火箭发动机阀门的几何模型进行流动传热仿真，得到火箭发动机阀门内部流过推进剂时，阀门流道的压力分布以及阀门固体域的温度分布；
[0008]对预处理后的火箭发动机阀门的几何模型进行流
‑
固
‑
热耦合有限元分析，基于阀门流道的压力分布以及阀门固体域的温度分布，得到阀门密封时的密封比压；
[0009]基于阀门密封时的密封比压，计算阀门泄漏量。
[0010]进一步的，对火箭发动机阀门的几何模型进行结构预处理，包括：去除火箭发动机阀门的几何模型中的作动装置、弹簧、支撑环以及部分的孔洞、倒角及圆角。
[0011]进一步的，对预处理后的火箭发动机阀门的几何模型进行流动传热仿真，得到火箭发动机阀门内部流过推进剂时，阀门流道的压力分布以及阀门固体域的温度分布；包括：
[0012]分割出火箭发动机阀门的几何模型中的流体压力作用面，将流体压力作用面划分为：流体域入口面、流体域出口面、流体域与固体域交界面、阀门端口绝热面、固固交界面和阀门外表面；
[0013]分别对火箭发动机阀门的几何模型中的流体域和固体域划分网格；
[0014]在边界条件设定中，定义固固交界面为Coup l e面，定义流固交界面为I nterface面，定义流体域入口面为压力入口边界条件，定义流体域出口为质量流量出口边界条件，定义阀门端口绝热面，设定阀门外表面对流边界条件；
[0015]基于F l uent软件对火箭发动机阀门的几何模型进行流动传热计算，得到火箭发
动机阀门内部流过推进剂时，阀门流道的压力分布以及阀门固体域的温度分布。
[0016]进一步的，对预处理后的火箭发动机阀门的几何模型进行流
‑
固
‑
热耦合有限元分析，基于阀门流道的压力分布以及阀门固体域的温度分布，得到阀门密封时的密封比压；包括：
[0017]基于火箭发动机阀门的几何模型，建立流固热耦合仿真有限元模型；
[0018]对于流固交界面上网格节点数据进行插值，将阀门流道的压力分布以及阀门固体域的温度分布映射到流固热耦合仿真的有限元模型，得到固体域所有网格点的温度场数据和流固交界面上所有节点的压力场数据；
[0019]将固体域所有网格点的温度场数据和流固交界面上所有节点的压力场数据导入流固热耦合仿真有限元模型；
[0020]基于预先定义的固体域材料力学性能参数，对流固热耦合仿真有限元模型进行有限元分析计算，获得密封面上的密封比压。
[0021]进一步的，预先定义的固体域材料力学性能参数，包括：
[0022]当固体域采用理想弹塑性材料，则弹性模量E的取值为：
[0023][0024]E＝0，σ＞σ
s
；
[0025]其中，σ为结构某处的等效应力值，σ
s
为材料的屈服强度，ε为应变；
[0026]当固体域采用双线性弹塑性材料，则弹性模量E的取值为：
[0027][0028]E＝E
TAN
，σ＞σ
s
；
[0029]其中，E
TAN
是双线性弹塑性本构模型中的切向模量；
[0030]当固体域采用指数硬化弹塑性材料，则弹性模量E的取值为：
[0031][0032]σ＝kε
n
，σ＞σ
s
；
[0033]当固体域采用多线性弹塑性材料，则弹性模量E的取值为：
[0034][0035]E＝E
i
，σ＞σ
s
[0036]其中，E
i
为材料屈服后第i个阶段的弹性模量。
[0037]进一步的，基于阀门密封时的密封比压，计算阀门泄漏量，包括：
[0038]根据密封环形面的直径d，计算并联泄漏通道的个数N：
[0039][0040]l
d
为界面接触形成的泄漏路径三角形横截面的底边长，h为三角形横截面的高，α
m
为三角形的底角；
[0041]计算单个流道的流导C1：
[0042][0043]当h逐渐减小到h1时，流导C1变为：
[0044][0045]其中，R表示通用气体常数，T表示气体的绝对温度，M表示气体的分子质量；温度修正系数K
T
＝T
‑
n
，n的取值范围为(0.5，1)；
[0046]基于：
[0047][0048]得到泄漏量C
l
：
[0049][0050]式中，p表示阀门密封时的密封比压，单位为MPa，R
c
是反应接触中软材料密封性能的系数，单位为MPa。
[0051]第二方面，本申请实施例提供了一种火箭发动机阀门密封性能指标计算装置，包括：
[0052]预处理单元，用于对火箭发动机阀门的几何模型进行结构预处理；
[0053]流动传热仿真单元，用于对预处理后的火箭发动机阀门的几何模型进行流动传热仿真，得到火箭发动机阀门内部流过推进剂时，阀门流道的压力分布以及阀门固体域的温度分布；
[0054]密封比压获取单元，用于对预处理后的火箭发动机阀门的几何模型进行流
‑
固
‑
热耦合有限元分析，基于阀门流道的压力分布以及阀门固体域的温度分布，得到阀门密封时的密封比压；
[0055]阀门泄漏量计算单元，用于基于阀门密封时的密封比压，计算阀门泄漏量。
[0056]第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本申请实施例的火箭发动机阀门密封性能指标计算方法。
[0057]第四方面，本申请实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种火箭发动机阀门密封性能指标计算方法，其特征在于，包括：对火箭发动机阀门的几何模型进行结构预处理；对预处理后的火箭发动机阀门的几何模型进行流动传热仿真，得到火箭发动机阀门内部流过推进剂时，阀门流道的压力分布以及阀门固体域的温度分布；对预处理后的火箭发动机阀门的几何模型进行流
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固
‑
热耦合有限元分析，基于阀门流道的压力分布以及阀门固体域的温度分布，得到火箭发动机阀门密封时的密封比压；基于所述密封比压，计算火箭发动机阀门的泄漏量。2.根据权利要求1所述的火箭发动机阀门密封性能指标计算方法，其特征在于，对火箭发动机阀门的几何模型进行结构预处理，包括：去除火箭发动机阀门的几何模型中的作动装置、弹簧、支撑环以及部分的孔洞、倒角及圆角。3.根据权利要求2所述的火箭发动机阀门密封性能指标计算方法，其特征在于，对预处理后的火箭发动机阀门的几何模型进行流动传热仿真，得到火箭发动机阀门内部流过推进剂时，阀门流道的压力分布以及阀门固体域的温度分布；包括：分割出火箭发动机阀门的几何模型中的流体压力作用面，将流体压力作用面划分为：流体域入口面、流体域出口面、流体域与固体域交界面、阀门端口绝热面、固固交界面和阀门外表面；分别对火箭发动机阀门的几何模型中的流体域和固体域进行网格划分；在边界条件设定中，定义固固交界面为Couple面，定义流固交界面为Interface面，定义流体域入口面为压力入口边界条件，定义流体域出口为质量流量出口边界条件，定义阀门端口绝热面，设定阀门外表面对流边界条件；基于Fluent软件对火箭发动机阀门的几何模型进行流动传热计算，得到火箭发动机阀门内部流过推进剂时，阀门流道的压力分布以及阀门固体域的温度分布。4.根据权利要求3所述的火箭发动机阀门密封性能指标计算方法，其特征在于，对预处理后的火箭发动机阀门的几何模型进行流
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固
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热耦合有限元分析，基于阀门流道的压力分布以及阀门固体域的温度分布，得到火箭发动机阀门密封时的密封比压；包括：基于火箭发动机阀门的几何模型，建立流固热耦合仿真有限元模型；对于流固交界面上网格节点数据进行插值，将阀门流道的压力分布以及阀门固体域的温度分布映射到流固热耦合仿真的有限元模型上，得到固体域所有网格点的温度场数据和流固交界面上所有节点的压力场数据；将固体域所有网格点的温度场数据和流固交界面上所有节点的压力场数据导入流固热耦合仿真有限元模型；基于预先定义的固体域材料力学性能参数，对流固热耦合仿真有限元模型进行有限元分析计算，获得密封面上的密封比压。5.根据权利要求4所述的火箭发动机阀门密封性能指标计算方法，其特征在于，预先定义的固体域材料力学性能参数，包括：当固体域采用理想弹塑性材料，则弹性模量E的取值为：E＝0,σ＞σ
s
；...

【专利技术属性】
技术研发人员：金平，尚现伟，蔡国飙，李睿智，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：