[发明专利]一种固体火箭发动机包覆套结构传热过程快速计算方法

说明书

本发明一种固体火箭发动机包覆套结构传热过程快速计算方法，所述计算方法包括：输入阶段、计算和计算过程提示阶段、计算结果显示阶段和计算数据保存阶段。所述输入阶段用于输入包覆套结构各层的几何参数、物性参数、初边值条件、传热时长和单元几何参数参考值。所述计算和计算过程提示阶段根据输入阶段的数值和条件进行传热过程计算，并根据实际计算完成度显示计算完成情况提示。所述计算结果显示阶段用于显示计算所得传热完成后的数据云图和数据曲线。所述计算数据保存阶段用于计算结果数据保存。本发明的方法使用方便、操作简单、计算时间短、计算结果直观、成本低、效益高。

技术领域

本发明涉及一种固体火箭发动机包覆套结构传热过程快速计算方法，属于固体火箭发动机技术领域。

背景技术

包覆套结构位于固体火箭发动机壳体和药柱之间，是固体火箭发动机重要的结构组成，对于固体火箭发动机结构完整性以及工作可靠性、安全性具有重要作用。首先，对于贴壁浇注形式的药柱，包覆套具有牢固粘接壳体和药柱的作用。其次，包覆套能够起到应力缓冲的作用，在发动机装卸、运输和贮存等过程中，降低外界冲击等载荷对药柱性能的不良影响。最后，包覆套起到抑制燃烧、保护壳体和药柱的作用，对于贴壁浇注药柱，包覆套能降低壳体受热量使壳体具有足够的刚度以及不被烧穿，对于自由装填药柱，包覆套能够抑制点火后壳体与药柱间缝隙内高温燃气向药柱的传热，防止侧面药柱提前热分解或燃烧继而引起内弹道性能改变、蹿火、爆轰等事故。

对于自由装填形式的药柱的发动机装药而言，药柱包覆套与壳体之间有一层缝隙，点火之后高温燃气进入缝隙内，缝隙燃气层与包覆套及药柱之间形成温度差，从而造成燃气层向包覆套及药柱传热，如果包覆套厚度不足，药柱升温过高将造成安全性问题，发动机无法正常可靠工作。因此包覆套的厚度设计对于发动机安全可靠工作至关重要。而包覆套结构的传热过程计算是包覆套厚度设计的基础，当前对于设计或仿真人员而言，包覆套传热计算一般需要使用成熟商业软件，如Fluent软件，其计算准确性较高。但同时，该软件的使用至少存在以下不便：(1)该软件要求使用者具有一定基础和经验，非流体或传热专业的设计或仿真人员需要额外花费一定时间和精力学习掌握该软件的使用；(2)该软件需要绘制几何模型、人工划分单元、设置边界条件、结果后处理等比较繁琐的流程，不利于简化流程；(3)该软件通用性强，计算往往比较耗时，针对特定问题不利于节约计算时间；(4)不易于集成到固体火箭发动机设计仿真一体化平台。因此，该软件难以满足固体火箭发动机包覆套结构快速设计、优化和仿真分析的迫切需求。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服上述现有技术的不足，提供一种固体火箭发动机包覆套结构传热过程快速计算方法，本发明的方法使用方便、操作简单、计算时间短、计算结果直观、成本低、效益高。

本发明解决的技术方案为：一种固体火箭发动机包覆套结构传热过程快速计算方法，其特征在于包括：输入阶段、计算及计算过程提示阶段、计算结果显示阶段和计算数据保存阶段；

所述固体火箭发动机包覆套结构为四层结构，从内向外分别为药柱层、包覆套层、燃气层和燃烧室壳体层；每一层均为中空圆柱形；计算过程中，对包覆套结构的各层在径向划分成多个单元，任一单元只属于四层结构的一层中；

输入阶段，具体如下:

(1)输入包覆套结构中燃烧室壳体层、燃气层、包覆套层、药柱层的几何参数、物性参数、初边值条件；设定传热时长，设定单元的几何参数参考值；

计算及计算过程提示阶段，具体如下：

(2)根据步骤(1)确定的燃烧室壳体层、燃气层、包覆套层、药柱层的几何参数和设定的单元的几何参数参考值，确定燃烧室壳体层、燃气层、包覆套层、药柱层中各层的单元数量和单元径向厚度；