一种双钟形喷管型面设计方法、双钟形喷管及电子设备技术

本申请公开一种双钟形喷管型面设计方法、双钟形喷管及电子设备，涉及液体火箭发动机技术领域。方法包括：基于基础段型面确定延伸段型面的起始特征线；确定延伸段型面的型面转折点处的气流参数和型面转折控制区气流参数；基于型面转折控制区对应的参数确定延伸段最大推力控制面起始点；基于延伸段最大推力控制面起始点和喷管出口点确定延伸段最大推力控制面；基于型面转折点和延伸段最大推力控制面确定延伸段特征线网；基于延伸段特征线网确定最大推力延伸段型面，通过型面设计手段使双钟形喷管产生的推力最大化，避免了额外的结构和重量，具有结构简单、效果显著等优点，此方法外延性强，能够适用于以尖点膨胀起始的其他喷管的最大推力型面设计。最大推力型面设计。最大推力型面设计。

【技术实现步骤摘要】
一种双钟形喷管型面设计方法、双钟形喷管及电子设备


[0001]本申请涉及液体火箭发动机
，尤其涉及一种双钟形喷管型面设计方法、双钟形喷管及电子设备。

技术介绍

[0002]喷管将发动机燃烧室产生的高温高压的燃气以高速喷出，进而产生运载火箭所需的推力，其工作性能的高低直接影响到发动机推力的大小和火箭运载能力的强弱。传统的固定面积比轴对称喷管为当前火箭发动机最常用的喷管类型，但大面积比的传统喷管在低空的过膨胀状态下容易产生流动分离现象，而流动分离往往非对称，给喷管带来有害的侧向载荷，危及发动机结构和火箭入轨精度。目前通过限制喷管面积比来避免流动分离现象的出现，但同时也限制了发动机在整个飞行过程中的综合性能。因此，亟需一种最大推力的双钟形喷管型面设计方法，以解决现有在通过限制喷管面积比来避免流动分离现象的出现，但同时也限制了发动机在整个飞行过程中的综合性能的问题。

技术实现思路

[0003]本申请的目的在于提供一种双钟形喷管型面设计方法、双钟形喷管及电子设备，以解决现有在通过限制喷管面积比来避免流动分离现象的出现，但同时也限制了发动机在整个飞行过程中的综合性能的问题。
[0004]第一方面，本申请提供一种双钟形喷管型面设计方法，所述方法包括：
[0005]基于基础段型面确定延伸段型面的起始特征线；
[0006]确定所述延伸段型面的型面转折点处的气流参数和型面转折控制区气流参数；
[0007]基于所述型面转折控制区对应的参数确定延伸段最大推力控制面起始点；
[0008]基于所述延伸段最大推力控制面起始点和喷管出口点确定延伸段最大推力控制面；
[0009]基于所述型面转折点和所述延伸段最大推力控制面确定延伸段特征线网；
[0010]基于所述延伸段特征线网确定最大推力延伸段型面。
[0011]采用上述技术方案的情况下，本申请实施例提供的双钟形喷管型面设计方法，通过基于基础段型面确定延伸段型面的起始特征线；确定所述延伸段型面的型面转折点处的气流参数和型面转折控制区气流参数；基于所述型面转折控制区对应的参数确定延伸段最大推力控制面起始点；基于所述延伸段最大推力控制面起始点和喷管出口点确定延伸段最大推力控制面；基于所述型面转折点和所述延伸段最大推力控制面确定延伸段特征线网；基于所述延伸段特征线网确定最大推力延伸段型面，能够实现双钟形喷管的延伸段最大推力型面的设计，保证双钟形喷管不仅拥有最高的低空性能，也具有最大的高空性能。通过型面设计手段使双钟形喷管产生的推力最大化，避免了额外的结构和重量，具有结构简单、效果显著等优点，该最大推力的双钟形喷管的设计方法外延性强，能够适用于以尖点膨胀起始的其他喷管的最大推力型面设计。
[0012]在一种可能的实现方式中，在所述基于所述延伸段最大推力控制面起始点和喷管出口点确定延伸段最大推力控制面之后，还包括：
[0013]在所述型面转折点处的气流参数、所述延伸段最大推力控制面起始点和所述延伸段最大推力控制面对应的流量不满足预设流量守恒条件的情况下，通过二分法调整型面转折角的方式确定当前最大推力控制面起始点，直至满足所述预设流量守恒条件。
[0014]在一种可能的实现方式中，所述确定所述延伸段型面的型面转折点处的气流参数和型面转折控制区气流参数，包括：
[0015]通过普朗特
‑
梅耶膨胀波关系式确定所述延伸段型面的所述型面转折点处的气流参数；
[0016]通过特征线法确定所述型面转折控制区气流参数。
[0017]在一种可能的实现方式中，所述基于基础段型面确定延伸段型面的起始特征线，包括：
[0018]获取所述基础段型面；
[0019]将所述基础段型面中基础段型面的最后一条右行特征线确定为所述延伸段型面的所述起始特征线。
[0020]在一种可能的实现方式中，所述基于所述型面转折控制区对应的参数确定延伸段最大推力控制面起始点，包括：
[0021]确定所述型面转折控制区的最后一条右行特征线；
[0022]确定所述最后一条右行特征线中满足预设对应关系的点为所述延伸段最大推力控制面起始点。
[0023]在一种可能的实现方式中，所述基于所述延伸段最大推力控制面起始点和喷管出口点确定延伸段最大推力控制面，包括：
[0024]确定所述延伸段最大推力控制面起始点和所述喷管出口点之间的左行特征线为所述延伸段最大控制面。
[0025]在一种可能的实现方式中，所述基于所述延伸段特征线网确定最大推力延伸段型面，包括：
[0026]将所述延伸段特征线网中满足喷管流量守恒的流线确定为所述最大推力延伸段型面。
[0027]在一种可能的实现方式中，所述预设对应关系包括：
[0028][0029][0030]和
[0031]其中，所述Ma表示马赫数；所述θ为气流速度方向与x轴的夹角，所述μ为气流马赫
角，所述y为径向坐标，所述E为开口点，所述M
*
为指代所述M
E*
为开口点E处的M
*
。
[0032]第二方面，本申请还提供一种双钟形喷管，包括喷管收缩段和通过第一方面任一所述的双钟形喷管型面设计方法设计出的所述双钟形喷管型面；其中，所述双钟形喷管型面包括所述基础段型面和所述延伸段型面；
[0033]所述喷管收缩段、所述基础段型面和所述延伸段型面依次固定连接；
[0034]所述喷管收缩段与所述基础段型面连接处界面形成喷管喉道截面；
[0035]所述基础段型面与所述延伸段型面连接处形成双钟形喷管扩张段的所述型面转折点，连接处界面形成所述基础段型面的出口截面；
[0036]所述延伸段型面的出口截面为所述双钟形喷管的出口截面。
[0037]第二方面提供的双钟形喷管的有益效果与第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的双钟形喷管型面设计方法的有益效果相同，此处不做赘述。
[0038]第三方面，本申请还提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；和其上存储有指令的一个或多个机器可读介质，当由所述一个或多个处理器执行时，使得所述装置执行第一方面任一可能的实现方式描述的双钟形喷管型面设计方法。
[0039]第三方面提供的电子设备的有益效果与第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的双钟形喷管型面设计方法的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
[0040]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0041]图1示出了本申请实施例提供的一种双钟形喷管的结构示意图；
[0042]图2示出了本申请实施例提供的一种双钟形喷管型面设计方法的流程示意图；
[0043]图3示出了本申请实施例提供的另一种双钟形喷管型面设计方法的流程示意图；
[0044]图4示出了本申请实施例提供的一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双钟形喷管型面设计方法，其特征在于，所述方法包括：基于基础段型面确定延伸段型面的起始特征线；确定所述延伸段型面的型面转折点处的气流参数和型面转折控制区气流参数；基于所述型面转折控制区对应的参数确定延伸段最大推力控制面起始点；基于所述延伸段最大推力控制面起始点和喷管出口点确定延伸段最大推力控制面；基于所述型面转折点和所述延伸段最大推力控制面确定延伸段特征线网；基于所述延伸段特征线网确定最大推力延伸段型面。2.根据权利要求1所述的双钟形喷管型面设计方法，其特征在于，在所述基于所述延伸段最大推力控制面起始点和喷管出口点确定延伸段最大推力控制面之后，还包括：在所述型面转折点处的气流参数、所述延伸段最大推力控制面起始点和所述延伸段最大推力控制面对应的流量不满足预设流量守恒条件的情况下，通过二分法调整型面转折角的方式确定当前最大推力控制面起始点，直至满足所述预设流量守恒条件。3.根据权利要求1所述的双钟形喷管型面设计方法，其特征在于，所述确定所述延伸段型面的型面转折点处的气流参数和型面转折控制区气流参数，包括：通过普朗特
‑
梅耶膨胀波关系式确定所述延伸段型面的所述型面转折点处的气流参数；通过特征线法确定所述型面转折控制区气流参数。4.根据权利要求1所述的双钟形喷管型面设计方法，其特征在于，所述基于基础段型面确定延伸段型面的起始特征线，包括：获取所述基础段型面；将所述基础段型面中基础段型面的最后一条右行特征线确定为所述延伸段型面的所述起始特征线。5.根据权利要求1所述的双钟形喷管型面设计方法，其特征在于，所述基于所述型面转折控制区对应的参数确定延伸段最大推力控制面起始点，包括：确定所述型面转折控制区的最后一条右行特征线；确定所述最后一条右行特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚洲，李平，胡海峰，张振臻，王凯，杨宛霖，谢豫，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：