[发明专利]复杂发射技术条件的燃气流场预示方法

说明书

一种复杂发射技术条件的燃气流场预示方法，首先以喷口直径为参考尺度开发计算网格模型；然后采用一阶精度数值模拟方法，快速预示并得到燃气流场基本分布规律、变化规律以及发射系统、火箭承受的燃气流冲击载荷随火箭起飞高度或时间的基本变化规律；接着对燃气流场计算结果初步评估，若发现计算结果不收敛或流场分布不合理，则对网格模型进行修正；后续采用二阶以上精度进一步预示燃气流场，并进行进一步评估，最终得到燃气流场细节分布规律，以及发射系统、火箭承受的燃气流冲击载荷随时间或弹道的细节变化规律。本发明能够系统且精细地预示火箭发射燃气流场及燃气流冲击载荷，同时有效减少了预示工作的反复，保证了计算结果的可信度及精度。

技术领域

本发明涉及复杂发射技术条件的燃气流场预示方法,属于燃气流场仿真领域。

背景技术

大吨位运载火箭为确保安全发射，往往配套很多提高安全性的辅助设备，如导流装置、牵制臂、摆杆、热防护罩、锁紧机构等，这增加系统了复杂性，也直接造成了大吨位运载火箭起飞过程燃气流推进、扰流的复杂性，以公路机动发射为例，经火箭发动机喷出的燃气流将承受导流装置反冲作用、发射台牵制臂(或支承臂)以及支腿、框架等异形结构的扰流作用，从而燃气流流动形式极其复杂。

复杂发射技术条件的燃气流场预示往往具有以下几点困难：一是其依据的网格模型往往十分复杂，网格数量十分庞大，在当前条件下网格质量及分辨率难以达到理想状况；二是复杂燃气流计算建模及计算进程周期都很长，往往以月计，计算工况以及计算进程不能轻易往复；三是复杂燃气流计算进程受影响因素很多，容易出现发散，计算结果的可信度及精度难以一次到位。

燃气流场仿真是发射技术方案论证的第一环节，是决定火箭起飞姿态、发射系统总体方案设计特别是气动布局设计的重要参考，同时也是发射系统(或设施)热防护的重要依据。由于复杂发射技术条件的燃气流场预示在技术上的难度和工程上的重要作用，需要建立一套准确可靠的复杂发射技术条件燃气流场预示方法，确保获得正确可信的预示结果。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供复杂发射技术条件的燃气流场预示方法，减少了校验工作，缩短了预示周期，保证了计算结果的可信度及精度。

本发明的技术解决方案是：

复杂发射技术条件的燃气流场预示方法，包括如下步骤：

步骤1：以喷口直径为参考尺度开发计算网格模型；

步骤2：利用发动机稳定工作条件及理想弹道条件，采用一阶精度数值模拟方法快速预示并得到燃气流场基本分布规律、变化规律以及发射系统、火箭承受的燃气流冲击载荷随火箭起飞高度或时间的基本变化规律；

步骤3：对步骤2的燃气流场计算结果初步评估，若发现计算结果不收敛或流场分布不合理，则对网格模型进行修正；反之，进入步骤4；

步骤4：依据发动机工作逐渐建压条件及理想弹道条件，采用二阶以上精度进一步预示燃气流场，得到燃气流场细节分布规律，以及发射系统、火箭承受的燃气流冲击载荷随时间或弹道的细节变化规律；

步骤5：对步骤4的燃气流场计算结果进一步评估，若有问题，则修改区域网格模型或计算条件，直至评估没有问题；若未发现问题，则预示完成，输出计算结果。

所述步骤1中，生成区域网格模型的步骤如下：

(2.1)对火箭及发射系统实体结构模型进行简化，得到流场计算模型；

(2.2)以喷口为中心对发射燃气流场计算域进行分区划分；

(2.3)基于喷管尺寸生成核心区域面网格及燃气流场外围网格；

(2.4)基于喷管尺寸生成子区域体网格。

所述步骤(2.1)中，简化包括以下几方面：