多脉冲燃气发生器装药构型设计方法、装置和计算机设备制造方法及图纸

本申请涉及一种多脉冲燃气发生器装药构型设计方法、装置和计算机设备，包括：获取目标质量流量

【技术实现步骤摘要】
多脉冲燃气发生器装药构型设计方法、装置和计算机设备


[0001]本申请涉及构型设计
，特别是涉及一种多脉冲燃气发生器装药构型设计方法、装置和计算机设备。

技术介绍

[0002]固体姿轨控系统（Solid Divert and Attitude Control System, SDACS）常被应用于动能拦截器，为其提供大机动变轨和快速姿态调节的动力。对于传统的燃气发生器而言，其中的固体推进剂一旦被点燃便难以中断，因此无法实现推力的终止和多次启停。而多脉冲燃气发生器是在燃烧室内装填多个推进剂单元，并且共用一个燃烧室，通过控制各个推进剂单元的点火时间间隔，从而实现多次推力控制，为姿轨控系统提供较强的灵活性，节约非工作时间的推进剂消耗，降低姿轨控系统总质量。
[0003]目前常用的多脉冲燃气发生器装药构型设计方法与固体火箭发动机中的端面燃烧发动机设计过程基本类似，设计好每一根药柱的燃烧面积与燃速后进行内弹道计算，得到该构型下质量流量随时间的变化曲线，然后再用优化算法调整构型设计参数，使其匹配目标质量流量随时间的变化曲线，最终完成设计。目前多脉冲燃气发生器构型设计的缺点在于：设计过程为正向过程，需要利用优化算法不断调整装药构形参数，使得其对应的内弹道计算结果所得与匹配，在目标脉冲数较多的情况下，装药构型参数也成倍增长，设计过程迭代次数多，需要大量进行燃面计算与内弹道计算；同时，受限于优化算法原理，与之间必然存在一定误差。

技术实现思路

[0004]基于此，本专利技术的目的在于提供一种多脉冲燃气发生器装药构型设计方法、装置和计算机设备，以便提高多脉冲燃气发生器装药构型设计效率。
[0005]一种多脉冲燃气发生器装药构型设计方法，所述方法包括：获取目标质量流量
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时间曲线，根据所述目标质量流量
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时间曲线分别得到各个脉冲的目标质量流量和目标工作时间；根据所述目标质量流量和所述目标工作时间确定多个脉冲的装药燃烧面积的比例关系；每一脉冲的装药外围设有装药绝热层，相邻脉冲的装药绝热层间设有间隙；根据获取的上一次迭代更新得到的装药燃烧面积计算当前迭代输出的装药绝热层面积和间隙面积，若所述上一次迭代更新得到的装药燃烧面积以及所述当前迭代输出的装药绝热层面积和间隙面积满足预设条件，迭代结束，确定每一脉冲的最优装药燃烧面积；其中各个脉冲的装药燃烧面积满足所述比例关系；根据所述最优装药燃烧面积计算得到多脉冲燃气发生器装药构型的设计参数并进行装药构型的设计。
[0006]在一个实施例中，所述方法还包括：
根据喉部面积、装药特征速度和各个脉冲的目标质量流量计算各个脉冲的工作压强；根据最大工作压强和燃烧室外径计算燃气发生器的壳体厚度；根据各个脉冲的目标工作时间之和计算燃烧室绝热层厚度；根据所述燃烧室外径、所述壳体厚度和所述燃烧室绝热层厚度计算燃烧室内径，根据所述燃烧室内径得到燃烧室轴向截面面积；所述燃烧室轴向截面面积由装药燃烧面积、装药绝热层面积以及间隙面积组成。
[0007]在一个实施例中，所述方法还包括：根据所述目标质量流量
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时间曲线计算各个脉冲的装药绝热层厚度；所述脉冲包括一个中心脉冲和位于所述中心脉冲周围的多个侧边脉冲；根据所述燃烧室轴向截面面积和所述比例关系得到各个脉冲的初始装药燃烧面积；根据中心脉冲的初始装药燃烧面积计算中心脉冲的初始装药直径，根据所述初始装药直径和所述装药绝热层厚度计算中心脉冲的初始装药绝热层面积；根据装药绝热层间的间隙、所述中心脉冲的初始装药直径和所述中心脉冲的装药绝热层厚度计算中心脉冲的初始间隙面积；根据各个侧边脉冲的初始装药燃烧面积计算对应的侧边脉冲的初始装药所占弧度；根据所述燃烧室内径、所述中心脉冲的初始装药直径、所述中心脉冲的装药绝热层厚度、所述装药绝热层间的间隙以及各个侧边脉冲的装药绝热层厚度和初始装药所占弧度计算对应的侧边脉冲的初始装药绝热层面积；根据所述燃烧室内径、所述中心脉冲的初始装药直径、所述中心脉冲的装药绝热层厚度、所述装药绝热层间的间隙以及各个侧边脉冲的初始装药所占弧度计算对应的侧边脉冲的初始间隙面积；计算所述各个脉冲的初始装药燃烧面积、所述中心脉冲的初始装药绝热层面积、所述中心脉冲的初始间隙面积、所述侧边脉冲的初始装药绝热层面积和所述侧边脉冲的初始间隙面积的面积之和；当所述面积之和与所述燃烧室轴向截面面积不相等时，根据所述燃烧室轴向截面面积、各个脉冲的初始装药绝热层面积和初始间隙面积以及所述比例关系更新各个脉冲的装药燃烧面积，进行下一次迭代计算。
[0008]在一个实施例中，所述设计参数包括各个脉冲的装药长度和装药燃速；根据所述最优装药燃烧面积计算得到多脉冲燃气发生器装药构型的设计参数，包括：根据所述最优装药燃烧面积、所述目标质量流量和所述目标工作时间计算装药长度；根据所述装药长度和各个脉冲的目标工作时间计算对应脉冲的装药燃速。
[0009]在一个实施例中，所述方法还包括：根据所述各个脉冲的目标质量流量和目标工作时间计算装药质量；根据所述燃烧室外径、所述壳体厚度和所述装药长度计算壳体质量；
根据所述燃烧室外径、所述壳体厚度、所述燃烧室绝热层厚度、各个脉冲的装药绝热层厚度、装药绝热层面积和装药燃烧面积计算多脉冲燃气发生器的绝热层质量；根据所述装药质量、所述壳体质量和所述绝热层质量计算多脉冲燃气发生器质量。
[0010]在一个实施例中，所述方法还包括：建立质量优化模型；所述质量优化模型的优化目标为最小化多脉冲燃气发生器质量，设计变量包括燃烧室外径和/或喉部面积，约束条件为各个脉冲的装药长度和/或装药燃速范围；采用拉丁超立方方法在所述质量优化模型对应的设计空间内生成多个初始样本点；其中初始样本的数量为所述设计变量个数的整数倍；所述设计空间是根据所述设计变量以及所述设计变量的取值范围得到的；根据计算得到的各个初始样本点对应的燃气发生器质量确定每一初始样本点的约束条件和目标函数；根据各个初始样本点的设计变量、目标函数和约束条件组成训练样本集，根据所述训练样本集构建所述目标函数与约束条件的初始代理模型；基于所述初始代理模型，采用差分进化算法计算得到所述多脉冲燃气发生器质量最小时对应的优化设计参数。
[0011]在一个实施例中，根据各个初始样本点的设计变量、目标函数和约束条件组成训练样本集，根据所述训练样本集构建所述目标函数与约束条件的初始代理模型，包括：根据各个初始样本点的设计变量、目标函数和约束条件组成训练样本集为：其中，为第个初始样本点的设计变量取值，为第个初始样本点的目标函数和约束条件取值组成的向量，即，为约束条件的个数，为正整数，表示初始样本点的个数。
[0012]根据所述训练样本集构建所述目标函数与约束条件的初始代理模型为：其中，为初始代理模型，为初始样本点对应的多脉冲燃气发生器质量预测值。
[0013]在一个实施例中，基于所述初始代理模型，采用差分进化算法计算得到所述多脉冲燃气发生器质量最小时对应的优化设计参数，包括：将所述初始代理模型代入所述质量优化模型，构建本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多脉冲燃气发生器装药构型设计方法，其特征在于，所述方法包括：获取目标质量流量
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时间曲线，根据所述目标质量流量
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时间曲线分别得到各个脉冲的目标质量流量和目标工作时间；根据所述目标质量流量和所述目标工作时间确定多个脉冲的装药燃烧面积的比例关系；每一脉冲的装药外围设有装药绝热层，相邻脉冲的装药绝热层间设有间隙；根据获取的上一次迭代更新得到的装药燃烧面积计算当前迭代输出的装药绝热层面积和间隙面积，若所述上一次迭代更新得到的装药燃烧面积以及所述当前迭代输出的装药绝热层面积和间隙面积满足预设条件，迭代结束，确定每一脉冲的最优装药燃烧面积；其中各个脉冲的装药燃烧面积满足所述比例关系；根据所述最优装药燃烧面积计算得到多脉冲燃气发生器装药构型的设计参数并进行装药构型的设计。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据喉部面积、装药特征速度和各个脉冲的目标质量流量计算各个脉冲的工作压强；根据最大工作压强和燃烧室外径计算燃气发生器的壳体厚度；根据各个脉冲的目标工作时间之和计算燃烧室绝热层厚度；根据所述燃烧室外径、所述壳体厚度和所述燃烧室绝热层厚度计算燃烧室内径，根据所述燃烧室内径得到燃烧室轴向截面面积；所述燃烧室轴向截面面积由装药燃烧面积、装药绝热层面积以及间隙面积组成。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述目标质量流量
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时间曲线计算各个脉冲的装药绝热层厚度；所述脉冲包括一个中心脉冲和位于所述中心脉冲周围的多个侧边脉冲；根据所述燃烧室轴向截面面积和所述比例关系得到各个脉冲的初始装药燃烧面积；根据中心脉冲的初始装药燃烧面积计算中心脉冲的初始装药直径，根据所述初始装药直径和所述装药绝热层厚度计算中心脉冲的初始装药绝热层面积；根据装药绝热层间的间隙、所述中心脉冲的初始装药直径和所述中心脉冲的装药绝热层厚度计算中心脉冲的初始间隙面积；根据各个侧边脉冲的初始装药燃烧面积计算对应的侧边脉冲的初始装药所占弧度；根据所述燃烧室内径、所述中心脉冲的初始装药直径、所述中心脉冲的装药绝热层厚度、所述装药绝热层间的间隙以及各个侧边脉冲的装药绝热层厚度和初始装药所占弧度计算对应的侧边脉冲的初始装药绝热层面积；根据所述燃烧室内径、所述中心脉冲的初始装药直径、所述中心脉冲的装药绝热层厚度、所述装药绝热层间的间隙以及各个侧边脉冲的初始装药所占弧度计算对应的侧边脉冲的初始间隙面积；计算所述各个脉冲的初始装药燃烧面积、所述中心脉冲的初始装药绝热层面积、所述中心脉冲的初始间隙面积、所述侧边脉冲的初始装药绝热层面积和所述侧边脉冲的初始间隙面积的面积之和；当所述面积之和与所述燃烧室轴向截面面积不相等时，根据所述燃烧室轴向截面面积、各个脉冲的初始装药绝热层面积和初始间隙面积以及所述比例关系更新各个脉冲的装药燃烧面积，进行下一次迭代计算。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述设计参数包括各个脉冲的装药长度和装药燃速；根据所述最优装药燃烧面积计算得到多脉冲燃气发生器装药构型的设计参数，包括：根据所述最优装药燃烧面积、所述目标质量流量和所述目标工作时间计算装药长度；根据所述装药长度和各个脉冲的目标工作时间计算对应脉冲的装药燃速。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述各个脉冲的目标质量流量和目标工作时间计算装药质量；根据所述燃烧室外径、所述壳体厚度和所述装药长度计算壳体质量；根据所述燃烧室外径、所述壳体厚度、所述燃烧室绝热层厚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：武泽平，彭博，李道奎，王东辉，张为华，刘龙斌，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：