本发明专利技术实施例公开了一种固体火箭发动机内弹道性能的预估方法与装置。该方法包括：获取固体火箭发动机的推进剂对应的压强时间曲线和燃面肉厚曲线；根据燃面肉厚曲线、预设参数和压强时间曲线，确定固体火箭发动机的推进剂对应的压强燃速曲线；对压强燃速曲线进行拟合处理，得到压强燃速拟合曲线；基于压强燃速拟合曲线，获取固体火箭发动机的推进剂对应的燃速关系式参数；根据燃面肉厚曲线、预设参数、燃速关系式参数，确定固体火箭发动机的推进剂对应的时间压强对比曲线。通过本发明专利技术，解决了相关技术中固体火箭发动机内弹道性能预估的过程复杂且计算效果不理想的技术问题，达到了提高固体火箭发动机内弹道性能预估的精准度的技术效果。的技术效果。的技术效果。
【技术实现步骤摘要】
固体火箭发动机内弹道性能的预估方法与装置
[0001]本专利技术涉及航空宇航推进
，尤其涉及一种固体火箭发动机内弹道性能的预估方法与装置。
技术介绍
[0002]固体火箭发动机因为其可靠性、经济性和设计方便性被广泛引用于各种军用、民用的航天器中，其工作性能可以在发动机的推进速度、工作状态、输出功率中得到体现，从而对整个飞行器的战略用途和使用寿命产生影响。固体推进剂作为火箭发动机的能量来源，在发动机中燃烧并产生高温高压的燃气，燃气经过喷管后以高速喷出，根据作用力和反作用力原则，使整个飞行器获得向前的动量，达到预定速度或轨迹。而随着火箭发动机技术的不断发展，人们固体推进剂的性能的要求也愈加多样复杂，主要包括了以下几点：能量特性要高、力学性能要好、燃烧产物环保、物理化学稳定性强等等。
[0003]作为衡量推进剂燃烧性能的重要技术指标，固体推进剂的燃烧性能参数在其研制和生产时已经测定。为了保证发动机的正常工作，推进剂在燃烧室内的燃烧必须是稳定的，可重现的，燃烧规律要尽可能的摆脱环境因素的影响，以让发动机能够适应各种复杂工况。不同类型的发动机需要不同燃速区间的推进剂，例如需要长时间保持工作的发动机，燃速一般低于3mm/s，而需要瞬间产生大推力的端面燃烧发动机，燃速往往高于35mm/s。
[0004]固体推进剂还可以通过其释放能量的规律控制火箭的飞行速度和射程，还对发动机的工作可靠性及火箭精准打击的精度有一定影响，因此，固体火箭发动机的燃烧性能是十分重要的。表征固体火箭发动机稳态燃烧的特征参数主要有燃速、压强指数、燃速系数以及温度敏感系数。例如，燃速是固体推进剂重要的性能参数之一，它对药柱的燃气生成量、火箭发动机产生的推力和为了达到预定生成量和推力应有的燃面面积等参数起着决定性的作用。在近年来，由于对大推力发动机的需要，在固体推进剂的配方的研制和生产中投入了大量新技术，如在推进剂中加入金属颗粒提高其能量特性，使用3D打印技术浇筑药柱使得燃烧更加规律等，但这也对推进剂配方的测试验证工作提出了新的要求，推进剂配方的测试结果可以对其可行性和改良产生指导作用。因此，如何提高固体推进剂的燃速测试效率是至关重要的。
[0005]目前常用的推进剂燃速测定方法有靶线法、水下声发射法，这两种方法都是在恒温恒压下对发动机的燃速进行测量，本身存在着一定的局限性，这是由于在发动机的正常工作状态下，燃烧室内的压强、温度时刻都在发生变化，这些都会导致推进剂燃速的改变。因此国军标中的两种方法测定的燃速与固体火箭发动机众推进剂的燃速相比仍然存在误差。固体推进剂的燃速主要受周围气体压强的影响，为了定量研究这种影响程度的大小，定义压强指数，在推进剂的配方研制中，测定推进剂的压强指数是极为关键的。国军标中给出了一个测定推进剂压强指数的方法，但是这个方法操作过程较为繁琐，需要对同一推进剂的若干压强点进行测试，一般需要重复几十次单点燃速测量，测试效率低，消耗样品较多。
[0006]发动机法也称缩比发动机法也可用于固体推进剂的燃速测试。它能模拟真实工况
下的测试结果，采用发动机的实际装药形式进行燃烧性能测试。这种方法得到的结果往往好于靶线法和声发射法，但由于发动机的实验成本高，难以重复性测量。在发动机中测量燃速的方法分为直接法和非直接法。直接法又可分为中断燃烧法，推进剂中携带测量头法、光学仪器观测法等；非直接发则是用发动机中得到的精确的压力时间曲线，通过质量守恒定律来测定燃速。
[0007]超声速法是一种通过连续测量超声脉冲在固体推进剂中的往返时间，以此来观测推进剂中燃面的推移的方法，由一定时长下的燃面推移的长度，就可计算出相应的燃速。这种方法也可应用与非稳态的燃速测试，通过对推进剂的燃速与压强响应关系，来反映推进剂的内弹道特性以及不稳定燃烧特性。
[0008]然而，对于固体火箭发动机内弹道性能而言，尤其是推进剂的燃速对固体火箭发动机内弹道性能，现有技术中通常使用超声速法等复杂的燃速测量方法，不仅过程复杂，而且计算效果不理想，难以精准预估固体火箭发动机内弹道性能。
[0009]针对上述的问题，尚未提出有效地解决方案。
技术实现思路
[0010]本专利技术实施例提供了一种固体火箭发动机内弹道性能的预估方法与装置，以至少解决相关技术中固体火箭发动机内弹道性能预估的过程复杂且计算效果不理想的技术问题。
[0011]根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种固体火箭发动机内弹道性能的预估方法，包括：获取固体火箭发动机的推进剂对应的压强时间曲线和燃面肉厚曲线，其中，所述固体火箭发动机具有不同喷管喉径和装药条件；获取所述固体火箭发动机的预设参数，其中，所述预设参数包括燃烧室含初始自由容积的自由容积、燃气的比热比、装药特征速度及装药密度；根据所述燃面肉厚曲线、所述预设参数和所述压强时间曲线，确定所述固体火箭发动机的推进剂对应的压强燃速曲线；对所述压强燃速曲线进行拟合处理，得到压强燃速拟合曲线；基于所述压强燃速拟合曲线，获取所述固体火箭发动机的推进剂对应的燃速关系式参数；根据所述燃面肉厚曲线、所述预设参数、所述燃速关系式参数，确定所述固体火箭发动机的推进剂对应的时间压强对比曲线。
[0012]可选地，根据所述燃面肉厚曲线、所述预设参数和所述压强时间曲线，确定所述固体火箭发动机的推进剂对应的压强燃速曲线，包括：根据所述燃面肉厚曲线与所述预设参数，得到所述固体火箭发动机的推进剂在不同时刻的肉厚、燃面及自由容积；根据不同时刻的肉厚，计算出所述固体火箭发动机的推进剂在不同时刻的燃速；根据所述压强时间曲线和不同时刻的燃速，得到所述压强燃速曲线。
[0013]可选地，对所述压强燃速曲线进行拟合处理，得到压强燃速拟合曲线，包括：从所述压强燃速曲线中筛选出多个待拟合线段，其中，所述待拟合线段包括拟合起始点与拟合终止点，所述拟合起始点为所述压强燃速曲线中具有明显直线特征且开始下降趋势的点，所述拟合终止点为所述压强燃速曲线中具有明显直线特征且结束下降趋势的点；对多个所述待拟合线段分别进行拟合处理，得到所述压强燃速拟合曲线。
[0014]可选地，所述燃速关系式参数包括以下至少之一：不同压强范围下的燃速系数和压强指数；不同喷管喉径下第一台阶压强的燃速系数和压强指数；不同喷管喉径下第二台
阶压强的燃速系数和压强指数；不同喷管喉径下第三台阶压强的燃速系数和压强指数。
[0015]可选地，根据所述燃面肉厚曲线、所述预设参数和所述燃速关系式参数，确定所述固体火箭发动机的推进剂对应的时间压强对比曲线，包括：根据所述燃面肉厚曲线、所述预设参数和所述燃速关系式参数，计算出所述固体火箭发动机的推进剂在不同时刻的压强；根据不同时刻的压强生成所述时间压强对比曲线。
[0016]可选地，根据所述燃面肉厚曲线、所述预设参数和所述燃速关系式参数，计算出所述固体火箭发动机的推进剂在不同时刻的压强，包括：根据所述燃面肉厚曲线、所述预设参数和所述燃速关系式参数，计算得到所述固体火箭发动机的推进剂在不同时刻的生成燃气量与排出燃气量；根据不同时刻的所本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种固体火箭发动机内弹道性能的预估方法，其特征在于，包括：获取固体火箭发动机的推进剂对应的压强时间曲线和燃面肉厚曲线，其中，所述固体火箭发动机具有不同喷管喉径和装药条件；获取所述固体火箭发动机的预设参数，其中，所述预设参数包括燃烧室含初始自由容积的自由容积、燃气的比热比、装药特征速度及装药密度；根据所述燃面肉厚曲线、所述预设参数和所述压强时间曲线，确定所述固体火箭发动机的推进剂对应的压强燃速曲线；对所述压强燃速曲线进行拟合处理，得到压强燃速拟合曲线；基于所述压强燃速拟合曲线，获取所述固体火箭发动机的推进剂对应的燃速关系式参数；根据所述燃面肉厚曲线、所述预设参数、所述燃速关系式参数，确定所述固体火箭发动机的推进剂对应的时间压强对比曲线。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述燃面肉厚曲线、所述预设参数和所述压强时间曲线，确定所述固体火箭发动机的推进剂对应的压强燃速曲线，包括：根据所述燃面肉厚曲线与所述预设参数，得到所述固体火箭发动机的推进剂在不同时刻的肉厚、燃面及自由容积；根据不同时刻的肉厚，计算出所述固体火箭发动机的推进剂在不同时刻的燃速；根据所述压强时间曲线和不同时刻的燃速，得到所述压强燃速曲线。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述压强燃速曲线进行拟合处理，得到压强燃速拟合曲线，包括：从所述压强燃速曲线中筛选出多个待拟合线段，其中，所述待拟合线段包括拟合起始点与拟合终止点，所述拟合起始点为所述压强燃速曲线中具有明显直线特征且开始下降趋势的点，所述拟合终止点为所述压强燃速曲线中具有明显直线特征且结束下降趋势的点；对多个所述待拟合线段分别进行拟合处理，得到所述压强燃速拟合曲线。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃速关系式参数包括以下至少之一：不同压强范围下的燃速系数和压强指数；不同喷管喉径下第一台阶压强的燃速系数和压强指数；不同喷管喉径下第二台阶压强的燃速系数和压强指数；不同喷管喉径下第三台阶压强的燃速系数和压强指数。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述燃面肉厚曲线、所述预设参数和所述燃速关系式参数，确定所述固体火箭发动机的推进剂对应的时间压强对比曲线，包括：根据所述燃面肉厚曲线、所述预设参数和所述燃速关系式参数，计算出所述固体火箭发动机的推进剂在不同时刻的压强；根据不同时刻的压强生成所述时间压强对比曲线。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述燃面肉厚曲线、所述预设参数和所述燃速关系式参...
【专利技术属性】
技术研发人员：惠卫华，赵伟杰，胡云，刘旸，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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