[发明专利]一种运载火箭发动机喷流热辐射分析方法及系统

说明书

一种运载火箭发动机喷流热辐射分析方法，包括：建立包含坐标原点和坐标方向的当地坐标系，基于所述当地坐标系进行面网格划分和体网格划分；基于光谱吸收系数数据库和输入的流场参数计算获取所述体网格中各节点的气体光谱吸收系数；基于固体颗粒的光谱散射因子、光谱吸收因子和固体颗粒直径计算光谱散射截面和光谱吸收截面，结合固体颗粒数密度计算固体颗粒的光谱吸收系数与光谱散射系数；基于所述气体光谱吸收系数和所述固体颗粒光谱吸收系数与光谱散射系数，采用反向蒙特卡罗法模拟计算出喷流热辐射密度。通过面网格划分、体网格划分，并通过后台自动调用气体辐射特性计算、颗粒辐射特性计算和发动机热辐射计算程序，完成发动机辐射特性分析。

技术领域

本发明属于航天热环境预测技术领域，尤其涉及一种运载火箭发动机喷流热辐射分析方法及系统。

背景技术

在运载火箭的发展历程中，发动机喷流热环境预示一直作为关乎成败的问题受到关注，其中高温喷流介质热辐射是发动机热环境的重要组成部分，决定着喷流热环境的大小和变化规律。特别是固体火箭发动机排出炽热高速气流含有的Al2O3固体颗粒，大大增加火箭喷流热辐射外，同时还影响火箭底部气流的流场分布，在助推与主发动机火焰间造成排气交叉效应和附加干扰，加剧固体发动机羽流和液体芯级羽流间的相互作用，从而进一步经验喷流热辐射特性。

国外为准确获得发动机喷流热环境，开展了大量的缩比试验或全尺寸试验研究，如美国在研制德尔塔I、大力神III过程中，开展了底部热环境地面风洞试验研究，研究发动机喷流不同区域加热热流呈现的变化趋势。在研制阿里安5过程中，欧盟针对芯级及固体助推三个喷管状态发动机喷流流态进行了缩比风洞喷流可视化试验。这种试验耗费大量的人力、物力和财力，且无法真实模拟整个飞行过程的发动机喷流热环境状态。基于火箭底部热状况的地面试验研究费用大、实施难度高等问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是基于RMC方法，建立了一种运载火箭发动机喷流热辐射分析方法及系统，通过面网格划分、体网格划分，并通过后台自动调用气体辐射特性计算、颗粒辐射特性计算和发动机热辐射计算程序，完成发动机辐射特性分析。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种运载火箭发动机喷流热辐射分析方法，包括：建立包含坐标原点和坐标方向的当地坐标系，基于所述当地坐标系进行面网格划分和体网格划分；基于光谱吸收系数数据库和输入的流场参数计算获取所述体网格中各节点的气体光谱吸收系数；基于固体颗粒的光谱散射因子、光谱吸收因子和固体颗粒直径计算光谱散射截面和光谱吸收截面，结合固体颗粒数密度计算固体颗粒的光谱吸收系数与光谱散射系数；基于所述气体光谱吸收系数和所述固体颗粒光谱吸收系数与光谱散射系数，采用反向蒙特卡罗法模拟计算出喷流热辐射密度。

在本发明一个实施例中，所述采用反向蒙特卡罗法模拟计算出喷流热辐射密度之后还包括：存储所述分析方法运行过程中的过程数据和输入数据；按照预设模式显示所述过程数据和所述输入数据。

在本发明一个实施例中，所述基于所述当地坐标系进行面网格划分和体网格划分包括：输入坐标系定义、面方程式、面法线方向、面网格划分方式、面温度、固体壁面发射率、面与面的交界方式；基于所述坐标系定义、面方程式、面法线方向、面网格划分方式、面温度、固体壁面发射率、面与面的交界方式进行面网络划分；输入体网格区域和网格划分规则，基于各面组合成的体区域，进行区域内部三维体网格的划分。

在本发明一个实施例中，所述基于光谱吸收系数数据库和输入的流场参数获取所述体网格中各节点的气体光谱吸收系数包括：调用不同气体不同波数光谱吸收系数数据库(HITRAN和HITEMP数据库)中目标气体在目标波数和目标温度的光谱吸收系数；针对目标节点参数进行差值计算以获取不同气体的光谱吸收系数；对不同气体的光谱吸收系数进行积分获取目标节点的气体光谱吸收系数。