CN111058968B - 一种双燃烧室固体火箭发动机小燃烧室压强的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于固体火箭发动机燃烧室压强计算领域，涉及一种双燃烧室固体火箭发动机小燃烧室压强的计算方法。该方法包括：首先采集大燃烧室的压强；初始化小燃烧室压强数据Ps0；通过比较大燃烧室压强Pb与小燃烧室压强Ps，来确定小燃烧室处于充气或者放气状态；再根据流量公式计算出小燃烧室的气体变化量，最终确定小燃烧室的压强；然后重复计算过程、直至大燃烧室压强数据全部读取完毕。本发明能够综合考虑节流孔以及火药性能对小燃烧室内压强的影响，方便设计人员进行参数调节，加快产品的研制进度。

Description

一种双燃烧室固体火箭发动机小燃烧室压强的计算方法
技术领域
本发明属于固体火箭发动机领域，涉及一种双燃烧室固体火箭发动机中的小燃烧室压强计算方法。
背景技术
双燃烧室固体火箭发动机应用在武器弹射动力领域。主要包含一大一小两个燃烧室，其中小燃烧室位于大燃烧室内部。工作原理为，火药在大燃烧室内燃烧，产生高温高压燃气，一部分燃气通过大燃烧室喷管排放出去，另一部分燃气通过节流孔流入小燃烧室，使小燃烧室压强升高，当小燃烧室压强高于大燃烧室时，燃气开始流出小燃烧室，当小燃烧室压强下降到设计值时，实现武器弹射。小燃烧室内压强变化直接影响着武器的弹射效果。
由于结构限制，目前只能采集到发动机大燃烧室内的压强数据，无法对发动机小燃烧室内的压强数据进行直接采集。因此，迫切需要一种算法，利用现有测试数据来估算小燃烧室的压强变化数据。
从目前检索的技术资料中，尚未见到同类成熟算法，来对小燃烧室压强进行估算。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明设计了一种压强计算方法，利用大燃烧室的试验测试数据，按照微分思想，计算小燃烧室的压强。
本发明所采用的技术方案如下：
双燃烧室固体火箭发动机小燃烧室压强计算方法的步骤如下：
(1)通过试验方法，采集发动机大燃烧室压强数据；
(2)导入大燃烧室“时间——压强”数据文件，导入小燃烧室初始压强数据Ps0、火药性能数据；
(3)将步骤(2)中获得的Ps0赋值给小燃烧室的压强数据Ps；
(4)按顺序读取当前时刻大燃烧室压强数据Pb；
(5)判断Pb与Ps之间的大小关系；
如果Pb大于Ps，则判断小燃烧室为充气状态，利用Pb计算小燃烧室节流孔的临界压强Pcr，进入步骤(6)；
如果Pb小于Ps，则判断小燃烧室为放气状态，利用Ps计算小燃烧室节流孔的临界压强Pcr，进入步骤(8)；
(6)判断Ps与Pcr之间的大小关系；
如果Ps大于Pcr，按照亚音速状态流量公式，计算节流孔气体质量流率m；
如果Ps小于Pcr，按照超音速状态流量公式，计算节流孔气体质量流率m；
(7)利用节流孔气体质量流率m，计算单位时间内小燃烧室的气体流入质量△m，并根据气体状态方程，计算当前时刻小燃烧室内的压强，将结算结果、当前时刻进行存储，进入步骤(10)；
(8)判断Pb与Pcr之间的大小关系；
如果Pb大于Pcr，按照亚音速状态流量公式，计算节流孔气体质量流率m；
如果Pb小于Pcr，按照超音速状态流量公式，计算节流孔气体质量流率m；
(9)利用节流孔气体质量流率m，计算单位时间内小燃烧室的气体流出质量△m，并根据气体状态方程，计算当前时刻小燃烧室内的压强，将结算结果、当前时刻进行存储，进入步骤(10)；
(10)判断大燃烧室数据是否已经读完；
如果没有读完，步骤(7)或步骤(9)中获得的当前时刻小燃烧室内的压强赋值给小燃烧室的压强数据Ps，返回至步骤(4)；
如果已经读完，则计算过程结束。
进一步的，所述步骤(1)中，采样频率≧1kHz。
进一步的，所述步骤(1)中，火药性能数据包括总温、燃气比热比和燃气分子量。
本发明的优点：
本发明能够综合考虑节流孔以及火药性能对小燃烧室内压强的影响，方便设计人员进行参数调节，加快产品的研制进度。
附图说明
图1是本发明的压强计算流程图。
具体实施方式
下面结合附图及表1对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
表1大燃烧室压强采样数据
Figure GDA0002706644720000031
Figure GDA0002706644720000041
参见图1，计算双燃烧室固体火箭发动机小燃烧室压强方法，包括如下步骤：
(1)首先采集某双燃烧室固体火箭发动机大燃烧室压强数据，表1试验测试数据(采样频率为1kHz)；
(2)导入数据文件，小燃烧室初始压强PS0为0.1MPa，火药性能数据为总温2800K、燃气比热比1.22、燃气分子量224.6J/(kg·K)；
(3)小燃烧室初始压强PS0为0.1MPa赋值给小燃烧室压强Ps，小燃烧室压强Ps为0.1MPa；
(4)按顺序读取大燃烧室压强数据Pb为0.536MPa；
(5)判断Pb与Ps之间的大小关系；
由于Pb＞Ps，因此，小燃烧室当前为充气状态，此时利用Pb计算小燃烧室的临界压强Pcr为0.30049MPa；
(6)判断Ps与Pcr之间的大小关系；
由于Ps＜Pcr，按照超音速状态，计算节流孔气体质量流率m为0.407g/s；
(7)计算单位时间内小燃烧室的气体流入质量△m为4.07×10-4g，从而可以计算出小燃烧室内压强为0.121096MPa，将当前数据进行存储；
(8)判断大燃烧室数据是否读完，结果为否，因此，返回至(4)步骤继续进行计算，小燃烧室压强Ps为步骤7中计算得到的小燃烧室内压强0.121096MPa。
小燃烧室压强的计算结果最终如下表2所示：
表2小燃烧室压强计算结果
序号 时间(s) 压强(MPa) 序号 时间(s) 压强(MPa)
1 0.0 0.1 19 0.018 2.84217141406
2 0.001 0.121096048311 20 0.019 3.04386301773
3 0.002 0.149398601185 21 0.02 3.22227860409
4 0.003 0.188827745212 22 0.021 3.36790903048
5 0.004 0.243035930546 23 0.022 3.46266448488
6 0.005 0.324106155007 24 0.023 3.40804838995
7 0.006 0.431144985207 25 0.024 3.31157525019
8 0.007 0.55832739288 26 0.025 3.19963991738
9 0.008 0.708660352076 27 0.026 3.08179992435
10 0.009 0.865093847631 28 0.027 2.96283604587
11 0.01 1.03590886567 29 0.028 2.84657045137
12 0.011 1.21494189656 30 0.029 2.73453428017
13 0.012 1.40488898379 31 0.03 2.6269076621
14 0.013 1.61124061008 32 0.031 2.52351704466
15 0.014 1.84978732502 33 0.032 2.42419570606
16 0.015 2.12527967532 34 0.033 2.32878348642
17 0.016 2.3830174969 35 0.034 2.23712652945
18 0.017 2.62171770921 36 0.035 2.1490770344

Claims (3)

1.一种双燃烧室固体火箭发动机小燃烧室压强的计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)通过试验方法，采集发动机大燃烧室压强数据；
(2)导入大燃烧室“时间——压强”数据文件，导入小燃烧室初始压强数据Ps0、火药性能数据；
(3)将步骤(2)中获得的Ps0赋值给小燃烧室的压强数据Ps；
(4)按顺序读取当前时刻大燃烧室压强数据Pb；
(5)判断Pb与Ps之间的大小关系；
如果Pb大于Ps，则判断小燃烧室为充气状态，利用Pb计算小燃烧室节流孔的临界压强Pcr，进入步骤(6)；
如果Pb小于Ps，则判断小燃烧室为放气状态，利用Ps计算小燃烧室节流孔的临界压强Pcr，进入步骤(8)；
(6)判断Ps与Pcr之间的大小关系；
如果Ps大于Pcr，按照亚音速状态流量公式，计算节流孔气体质量流率m；
如果Ps小于Pcr，按照超音速状态流量公式，计算节流孔气体质量流率m；
(7)利用节流孔气体质量流率m，计算单位时间内小燃烧室的气体流入质量△m，并根据气体状态方程，计算当前时刻小燃烧室内的压强，将结算结果、当前时刻进行存储，进入步骤(10)；
(8)判断Pb与Pcr之间的大小关系；
如果Pb大于Pcr，按照亚音速状态流量公式，计算节流孔气体质量流率m；
如果Pb小于Pcr，按照超音速状态流量公式，计算节流孔气体质量流率m；
(9)利用节流孔气体质量流率m，计算单位时间内小燃烧室的气体流出质量△m，并根据气体状态方程，计算当前时刻小燃烧室内的压强，将结算结果、当前时刻进行存储，进入步骤(10)；
(10)判断大燃烧室数据是否已经读完；
如果没有读完，步骤(7)或步骤(9)中获得的当前时刻小燃烧室内的压强赋值给小燃烧室的压强数据Ps，返回至步骤(4)；
如果已经读完，则计算过程结束。
2.如权利要求1所述的一种双燃烧室固体火箭发动机小燃烧室压强的计算方法，其特征在于：所述步骤(1)中，采样频率≧1kHz。
3.如权利要求2所述的一种双燃烧室固体火箭发动机小燃烧室压强的计算方法，其特征在于：所述步骤(1)中，火药性能数据包括总温、燃气比热比和燃气分子量。
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