[发明专利]一种基于羽流场的固体推进剂烟雾特性虚拟评价方法

说明书

技术领域

本发明属于固体推进剂烟雾特性评价技术领域，尤其是涉及一种基于羽流场的固体推进剂烟雾特性虚拟评价方法。

背景技术

随着机械化、信息化技术的发展，现代武器系统越来越多的采用雷达、光电等自动跟踪、控制和制导手段，武器系统的自动化程度、打击精度等方面得到显著提高，极大的提升了弹箭武器系统的作战效能。但与此同时，弹箭武器发射和运载过程中的烟焰问题危害性日益显现，对武器系统信息化、智能化、隐身化性能影响很大，对武器系统快速、精确打击、隐身等功能造成了严重的不利影响，甚至已成为制约我军弹箭武器发挥正常效能、新装备订货以及新型武器装备发展的主要技术瓶颈。尤其是近年来，重型反坦克导弹研制过程中出现推进剂装药烟雾遮挡制导信号的问题，解决问题耗费巨大。

固体推进剂是弹箭武器系统的发射能源，其低特征信号性能是保证武器系统战场使命完成的重要因素。火箭排气羽流的特征信号(Exhaust Plume signature)是一种包含有系统或火箭发动机排气全部性能或特性的术语，此性能或特性可被用作探测、识别、或拦截执行任务的发射平台或导弹。羽流的特征信号特性主要包括烟、辐射能的散发、能见度(视程／能见距离)和雷达波吸收等4项参数。固体推进剂烟雾是羽流特征信号的重要表征参数，其从表观特征可以细分为：一次烟雾和二次烟雾，一次烟雾主要由火箭发动机喷管喷出的凝相颗粒构成，主要存在形式为金属氢氧化物、氧化物和氯化物等，复合推进剂中的金属粉(铝、镁等)燃烧产生的金属氧化物(Al₂0₃、Mg0等)是一次烟雾的主要来源；二次烟雾由燃气中可凝气体组成，是燃气与大气相互作用的结果。复合推进剂中的AP和含氟组分燃烧分解后形成Hcl、HF，在特定的温度和湿度条件下，与空气相结合形成水和Hcl、HF的共沸液滴烟云。

目前，为评价固体推进剂烟雾信号性能，世界上一些发达国家都建立了相关测试评估方法，建设了各种实验测试设施来对固体推进剂特征信号性能进行检测及表征，并在此基础上建立了固体推进剂烟雾分类表征方法。国内在对国外测试设施研究的基础上，已建立起一套具有独立知识产权的低成本、易控制的固体推进剂羽流特性检测系统，起草完成了相关行业标准，发表了系列的研究论文，申请了一些国防专利，但对固体推进剂羽流场烟雾分类计算表征技术，则还没有开展研究。但在低特征信号推进剂研制及评价过程中，解决问题需要耗费大量的人力物力，研制周期大幅度延长，带来巨大的经济损失和政治影响，因而现如今迫切需要一种虚拟试验方法对固体推进剂的烟雾特性进行快速评价。虚拟试验是借助于计算机的高速解算，按实际试验要求对基于推进剂燃烧和燃烧产物流动的数学模型进行模拟试验，不仅可以作为真实试验的前期准备工作或在一定程度上替代传统的试验(如一些极限工况)；并且能大幅减少真实试验次数，降低试验费用，缩短试验周期；同时，具有较好的交互性，使得各种试验信息及时反馈；另外，虚拟试验不受气象条件、场地、时间和次数的限制，试验过程可方便实现回放、再现和重复。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于羽流场的固体推进剂烟雾特性虚拟评价方法，其方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能有效解决现有固体推进剂烟雾信号性能评价时存在的人力物力投入大、周期长、试验量大等缺陷。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于羽流场的固体推进剂烟雾特性虚拟评价方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、初始参数设定与存储：

首先，通过与数据处理器相接的参数输入单元，输入配制所评价固体推进剂所用的组分数量N和各组分的组分信息，并将所输入的信息同步存储至与所述数据处理器相接的数据存储单元内；其中，各组分的组分信息均包括化学式和质量配比m_i，i=1、2、…、N，N为配制所评价固体推进剂所用组分的数量；其中，0<m_i<100，N≥2；

之后，通过所述参数输入单元自预先建立的燃烧产物数据库中，选出所评价固体推进剂燃烧后所产生的所有燃烧产物；所述燃烧产物数据库中存储有多种燃烧产物的属性信息；其中，各燃烧产物的属性信息均包括化学式、相对分子质量和相态，其中相态为气相或凝聚相；同时，通过所述参数输入单元对所评价固体推进剂燃烧后所产生燃烧产物的数量m和凝聚相产物的数量Q进行设定，且所评价固体推进剂燃烧后所产生的燃烧产物中包括Q个凝聚相产物和(m-Q)个气相产物，其中m和Q均为正整数，且Q≥1；