[发明专利]一种运载火箭低温贮箱换热过程仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种运载火箭低温贮箱换热过程仿真方法，适用于低温动力运载火箭贮箱在地面试验、飞行工作过程中的换热性能分析。

背景技术

低温动力运载火箭贮箱在动力系统工作期间，推进剂出流的同时，增压气体进入贮箱，增压气体与贮箱壁面和推进剂之间均存在热交换。影响贮箱内气枕压力的关键因素包括：增压气体流量、增压气体温度、气枕容积变化率、贮箱内气枕的换热。

现有增压输送系统仿真模型能够较准确考虑增压气体流量、温度、气枕容积变化率对贮箱压力的影响，但在计算气枕换热量时，一般使用根据遥测、试验数据修正换热系数的方法，该计算方法仅适用于特定工况，普适性差。要准确计算贮箱气枕压力，评估系统的增压能力，需要对贮箱内的热交换过程正确建模，减小由于贮箱内换热计算误差造成的气枕压力计算偏差。

同时，贮箱箱体多为铝合金材料，由于低温推进剂温度低，该温区内铝合金材料的热导率随温度变化显著，且与常温热导率差别较大，如果不应用低温环境下随温度变化的热导率数据，在分析箱体内的导热过程及箱体与增压气体、推进剂的换热时，会产生较大的计算误差。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种运载火箭低温贮箱换热过程仿真方法，用于箭上低温贮箱增压换热过程仿真。

本发明的技术解决方案是：

一种运载火箭低温贮箱换热过程仿真方法，步骤如下：

（1）根据运载火箭的工作时序，确定所述低温贮箱的出流、增压时序和推进剂液位高度数据；

（2）根据集总参数方法建立所述低温贮箱固壁导热数学模型、增压气体与固壁之间的对流换热数学模型以及贮箱气枕压力、温度计算数学模型；

（3）根据步骤（2）中得到的数学模型，在系统仿真软件中建立运载火箭低温贮箱换热过程仿真模型；

（4）根据低温贮箱的工作温度区间内低温贮箱材料的热导率数据，拟合该工作温度区间内低温贮箱材料热导率随温度变化的曲线；

（5）根据步骤（4）中得到的曲线，基于所述系统仿真软件的子模型建模工具建立所述低温贮箱材料导热计算模型，并将该低温贮箱材料导热计算模型应用至所述低温贮箱仿真模型之中；

（6）根据运载火箭低温贮箱的真实工况，在步骤（5）中更新后的低温贮箱仿真模型中设置低温贮箱的结构参数和环境参数，同时结合在所述低温贮箱真实工况中低温贮箱的材料参数和介质物性参数，在系统仿真软件中进行所述低温贮箱的换热过程仿真。

所述步骤（2）中建立所述贮箱气枕压力、温度计算数学模型具体为：