[发明专利]基于流固耦合的固体火箭发动机药柱裂纹稳定性分析方法

权利要求书

1.基于流固耦合的固体火箭发动机药柱裂纹稳定性分析方法，其特征在于，包括：

构建管状装药固体火箭发动机模型；

确定管状装药固体火箭发动机模型的参数及流体域参数；

根据包含流体域参数的微分形式纳维-斯托克斯方程组和可实现型k-ε两方程模式，构建管状装药固体火箭发动机模型的流体域求解模型；

根据固相控制方程，构建管状装药固体火箭发动机模型的固体域求解模型；

采用流固耦合计算方法，将从流体域求解模型获得的流场压强值传递至固体域求解模型中；

根据固体域求解模型，求解裂纹尖端的应力场与位移场；

根据发动机模型的参数和裂纹尖端的应力场与位移场，求解J积分；

根据J积分，分析影响固体火箭发动机药柱裂纹缺陷发生扩展的因素。

2.如权利要求1所述的基于流固耦合的固体火箭发动机药柱裂纹稳定性分析方法，其特征在于，所述管状装药固体火箭发动机模型参数，包括：

壳体的模量；

绝热层的模量；

推进剂的泊松比；

推进剂的松弛模量，其中，推进剂的松弛模量由Prony级数表示：

式中，E₀为时间t＝0时的松弛模量，E_i为第i个Maxwell单元的弹性模量，τ_i为松弛时间。

3.如权利要求1所述的基于流固耦合的固体火箭发动机药柱裂纹稳定性分析方法，其特征在于，所述流体域参数根据一维内弹道模型的控制方程组确定，所述一维内弹道模型的控制方程组包括：

p＝ρRT

式中，p表示气体压强，ρ表示气体密度，ρ_p表示推进剂密度，T表示温度，u表示速度，r表示推进剂燃速，A_p表示通道截面积，c_p为定压比热，R为气体常数，x为装药通道轴向坐标。

4.如权利要求3所述的基于流固耦合的固体火箭发动机药柱裂纹稳定性分析方法，其特征在于，在Δt时间内，推进剂燃去的药厚为rΔt，所述通道横截面积A_p的增量表示为：

式中，Π表示燃烧周长，表达方式如下：

式中，A_b表示装药燃烧表面面积。

5.如权利要求1所述的基于流固耦合的固体火箭发动机药柱裂纹稳定性分析方法，其特征在于，所述纳维-斯托克斯方程组，包括：

p＝ρRT

式中：ρ为气体密度，u_i为气体速度分量，p为气体压强，x_i为空间中点坐标分量，E为能量，q_i为热流量，τ_ij为切应力分量，T为温度，t为时间。

6.如权利要求1所述的基于流固耦合的固体火箭发动机药柱裂纹稳定性分析方法，其特征在于，所述可实现型k-ε两方程模式，包括：

式中：ρ为气体密度，μ_t为涡黏性，S_ij为平均速度应变率张量，k为湍动能，ε为湍流耗散率，τ_tij为雷诺应力，σ_k和σ_ε分别为k和ε的普朗特数。

7.如权利要求1所述的基于流固耦合的固体火箭发动机药柱裂纹稳定性分析方法，其特征在于，所述固相控制方程，包括：

式中：[M]为总体结构质量矩阵，[C]为总体结构阻尼矩阵，[K]为总体结构刚度矩阵；为节点加速度列向量，为节点速度列向量，{d}为节点位移列向量；[F(t)]为节点等效载荷列向量。