CN111950148A - 液体火箭推力室试车内壁温度计算方法及计算设备 - Google Patents

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CN111950148A CN202010803835.6A CN202010803835A CN111950148A CN 111950148 A CN111950148 A CN 111950148A CN 202010803835 A CN202010803835 A CN 202010803835A CN 111950148 A CN111950148 A CN 111950148A
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Abstract

本公开提供了一种液体火箭推力室试车内壁温度计算方法及计算设备,计算方法包括:获取推力室的外壁温度测量值沿推力室轴线的分布数据;沿推力室轴线方向将推力室划分为n个温度段,n≥2;第i个温度段的外壁温度测量值为
Figure DDA0002628372890000011
1≤i≤n;沿冷却流路上游到冷却流路下游的方向,i的值逐渐递增;根据热量传递函数关系,计算得到当第i个温度段的外壁温度计算值等于第i个温度段的外壁温度测量值
Figure DDA0002628372890000012
时第i个温度段内壁的传热量
Figure DDA0002628372890000013
根据热量传递函数关系,计算得到第i个温度段内壁的传热量
Figure DDA0002628372890000014
对应的第i个温度段冷却出口温度Tci和内壁温度
Figure DDA0002628372890000015
本公开的计算方法可以根据试车实验结果获得推力室内壁温度。

Description

液体火箭推力室试车内壁温度计算方法及计算设备
技术领域
本公开涉及液体火箭推力室试车技术领域,尤其涉及一种液体火箭推力室试车内壁温度计算方法及计算设备。
背景技术
在液体火箭发动机推力室内,推进剂组元在高温(3000~4000K)、高压(5~20MPa或更高)工况下进行燃烧,高温高压燃气流速高(喉部流速高达1000~1500m/s),经过推力室的壁面热流密度大(10~160MW/m2),因此,热防护是推力室设计时需要重点考虑的问题。为了保证推力室结构的热强度和结构稳定性,需要采取热防护措施,通常可以分为外冷却(再生冷却、排放冷却、辐射冷却)、内冷却(液膜冷却、发汗冷却)等冷却方式。工程中应用较为成熟的热防护措施为再生冷却加液膜冷却相结合的方式。针对这一热防护措施,根据推力室试车结果数据进行推力室内壁温度的计算。
根据对应的热防护措施,推力室内壁温度一般在设计阶段进行理论计算,从而评估冷却是否可行。在推力室试车过程中,将推力室外壁重要位置布置温度传感器,监测外壁温度,通过温度值以及温度变化率判断推力室冷却是否满足要求。但是,从实验结果中只能得到外壁温度,推力室内壁温度无法从现有的试车实验中获得。因此,无法根据试验结果与理论计算进行对比,从而无法在下一次推力室热防护设计时有定量的数据参考。
发明内容
为了解决或者至少缓解上述技术问题中的至少一个,本公开提供了一种液体火箭推力室试车内壁温度计算方法及计算设备,以根据试车实验结果获得推力室内壁温度。
根据本公开的一个方面,一种液体火箭推力室试车内壁温度计算方法,推力室的侧壁包括外壁和内壁,外壁和内壁之间设有冷却通道,冷却剂入口位于燃气流动方向下游的侧壁端部并与冷却通道连通;计算方法包括:
S10、获取推力室的外壁温度测量值沿推力室轴线的分布数据;
S20、沿推力室轴线方向将推力室划分为n个温度段,n≥2;第i个温度段的外壁温度测量值为
Figure BDA0002628372870000021
1≤i≤n;沿冷却流路上游到冷却流路下游的方向,i的值逐渐递增;
S30、根据热量传递函数关系,计算得到当第i个温度段的外壁温度计算值等于第i个温度段的外壁温度测量值
Figure BDA0002628372870000022
时第i个温度段内壁的传热量
Figure BDA0002628372870000023
S40、根据热量传递函数关系,计算得到第i个温度段内壁的传热量
Figure BDA0002628372870000024
对应的第i个温度段冷却出口温度Tci和内壁温度
Figure BDA0002628372870000025
根据本公开的至少一个实施方式,S10之前,在试车时利用红外成像仪对推力室的外壁进行全局温度测量,得到所述外壁温度测量值沿推力室轴线的分布数据。
根据本公开的至少一个实施方式,S40包括:
获取冷却剂质量流量、冷却剂入口温度Tc0、冷却通道结构参数;
i=1时,第1个温度段的冷却入口温度等于所述冷却剂入口温度Tc0;i≥2时,第i个温度段的冷却入口温度等于第i-1个温度段的冷却出口温度Tc(i-1)
根据本公开的至少一个实施方式,S30包括:
通过调整燃气向第i个温度段内壁的传热量,计算得到多个第i个温度段的外壁温度计算值,使第i个温度段的外壁温度计算值逐步逼近第i个温度段的外壁温度测量值
Figure BDA0002628372870000026
当第i个温度段的外壁温度计算值与第i个温度段的外壁温度测量值
Figure BDA0002628372870000027
相等时,则对应的燃气向第i个温度段内壁的传热量为所述第i个温度段内壁的传热量
Figure BDA0002628372870000028
根据本公开的至少一个实施方式,所述热量传递函数关系包括:
Qtotal=Qcon+Qcod
Qcod=Q′con+Q′rad
式中,Qtotal为燃气传入内壁的总热量;Qcon为冷却剂带走的热量;Qcod为向外壁的导热量;Q′con为外壁面与环境的自然对流换热量;Q′rad为外壁面与环境的辐射换热量。
根据本公开的至少一个实施方式,根据所述热量传递函数关系得到燃气向第i个温度段内壁的传热量与第i个温度段的外壁温度计算值之间的函数关系。
根据本公开的至少一个实施方式,根据所述热量传递函数关系得到第i个温度段内壁的传热量与第i个温度段冷却入口温度、第i个温度段冷却出口温度和内壁温度之间的函数关系。
根据本公开的另一个方面,一种计算设备,所述计算设备包括:
存储器,所述存储器存储有执行指令;以及
处理器,所述处理器执行所述存储器存储的执行指令,使得所述处理器执行前述任一项所述的方法。
根据本公开的又一个方面,一种可读存储介质,所述可读存储介质中存储有执行指令,所述执行指令被处理器执行时用于实现前述任一项所述的方法。
本公开的液体火箭推力室试车内壁温度计算方法,通过获取试车测量得到的推力室的外壁温度测量值沿推力室轴线的分布数据;将推力室轴线方向将推力室划分为若干个温度段。根据热量传递函数关系依次计算得到各个温度段的推力室的内壁温度。可在试车中得到更详细的推力室工作数据;根据得到的内壁温度值可以与初始设计时的理论计算相互验证,便于对推力室结构参数进行优化。也可根据内壁温计算结果,针对试车的推力室进行工况调整,提高试车的成功的概率。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式,并与其说明一起用于解释本公开的原理,其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解,并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是本公开液体火箭推力室试车内壁温度计算方法的一种示例性实施方式的流程示意图。
图2是本公开中推力室传热结构的简化示意图。
图3是图2中I处的放大结构示意图。
图4是i=1时第1个温度段的传热计算模型示意图。
图5是本公开计算设备的示例性实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容,而非对本公开的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
参见图2所示的推力室传热结构的简化示意图,以及图3所示的放大结构示意图。推力室的侧壁围绕推力室的轴线成圆筒状延伸,燃气从侧壁围绕的燃气流动空间的入口端(图中左侧)进入,出口端(图中右侧)排出。入口端为燃气流动方向的上游,出口端为燃气流动方向的下游。侧壁包括外壁和内壁,外壁和内壁之间设有冷却通道,冷却剂入口位于燃气流动方向下游的侧壁端部(出口端)并与冷却通道连通。冷却剂从冷却剂入口进入冷却通道,在冷却通道内向燃气流动方向相反的方向流动。沿推力室轴线方向,接近冷却剂入口的方向(图中右侧)为冷却剂流动方向的上游;远离冷却剂入口的方向(图中左侧)为冷却剂流动方向的下游。
液体火箭发动机推力室的内壁温度计算需要解决两方面问题:
1)解决试车时推力室外壁温度的准确测量。将推力室的传热过程简化为一维稳态传热,在理论计算中通常将推力室外壁的边界以绝热处理。但是在试车实验过程中,外壁与自然环境发生对流传热和辐射传热。因此为了准确确定推力室外壁面的边界条件,需要对外壁温进行准确的测量,并且需要得到外壁温沿推力室轴线的分布数据。现有的在推力室外壁布置有限个测点的方式不能满足要求。选取精确的红外成像仪对推力室外壁的温度进行测量,并对测量的热力图像进行处理,从而得到推力室外壁温度沿推力室轴线的分布数据。
2)根据外壁温度计算内壁温度的方法。推力室试车时,外壁温度较为容易测量,因此,一般情况下,只观测外壁的温度值和温度变化率,来推测推力室的冷却是否满足要求。但是,在测量时对实际工作时内壁温度的获取也有较大价值,一是可以根据内壁温值对试验参数进行调整,满足发动机长程工作下的稳定性和可靠性;二是对后续推力室的初始设计存在参考、改进的价值。本公开从基本传热原理出发,提供一种根据试验结果得到推力室内壁温度的计算方法。
根据本公开的一个方面,参见图1所示的本公开液体火箭推力室试车内壁温度计算方法的一种示例性实施方式的流程示意图,一种液体火箭推力室试车内壁温度计算方法,包括:
S10、获取推力室的外壁温度测量值沿推力室轴线的分布数据。该数据是在试车实验中通过测量得到的,可以通过数据接口从测量装置中直接导出,或者测量装置将得到的测量数据以特定格式导出到某存储装置中,从该存储装置中获取该数据。此处的外壁温度测量值与下文中提到的外壁温度计算值不同,前者是直接测量得到的数值,后者是通过模拟计算推导出的数值。
S20、沿推力室轴线方向将推力室划分为n个温度段,n≥2;第i个温度段的外壁温度测量值为
Figure BDA0002628372870000051
1≤i≤n;沿冷却流路上游到冷却流路下游的方向,i的值逐渐递增。
在该步骤中,根据计算所需的精度来选择分段个数n的取值。n的取值越大,分段个数越多则获得的内壁温度的分布数据越精确。本领域技术人员可以理解,n和i通常均是代表的正整数。参见图3中对于轴向距离x的标注,x0和x1对应的是i=1时的第1个温度段,xn-1和xn对应的是i=n时的第n个温度段。即沿着轴向距离x减小的方向(冷却流路上游到冷却流路下游的方向)i的值是逐渐递增加的。结合获取到的外壁温度测量值沿推力室轴线的分布数据,按照分段划分的结果,根据每个温度段的位置对应的轴向距离与外壁温度测量值的对应关系,可以得到每个温度段所对应的外壁温度测量值为
Figure BDA0002628372870000052
S30、根据热量传递函数关系,计算得到当第i个温度段的外壁温度计算值等于第i个温度段的外壁温度测量值
Figure BDA0002628372870000061
时第i个温度段内壁的传热量
Figure BDA0002628372870000062
该步骤中按照i从1到n逐渐递增的顺序,即从冷却流路上游到冷却流路下游的方向,按照循环递推的方式依次对每个温度段进行计算。其中,该步骤的执行过程中,输入变量是第i个温度段内壁的传热量,输出变量是第i个温度段的外壁温度计算值,判定条件是第i个温度段的外壁温度计算值等于第i个温度段的外壁温度测量值
Figure BDA0002628372870000063
执行结果所获取的数值是判定条件成立时对应的第i个温度段内壁的传热量
Figure BDA0002628372870000064
S40、根据热量传递函数关系,计算得到第i个温度段内壁的传热量
Figure BDA0002628372870000065
对应的第i个温度段冷却出口温度Tci和内壁温度
Figure BDA0002628372870000066
同样,该步骤中按照i从1到n逐渐递增的顺序,即从冷却流路上游到冷却流路下游的方向,按照循环递推的方式依次对每个温度段进行计算。其中,该步骤的执行过程中,输入变量是第i个温度段内壁的传热量
Figure BDA0002628372870000067
第i个温度段冷却入口温度;输出变量是第i个温度段冷却出口温度Tci和第i个温度段内壁温度
Figure BDA0002628372870000068
第1个温度段的冷却入口温度等于冷却剂入口温度Tc0,为初始变量;第1个温度段的冷却出口温度Tc1作为第2个温度段的冷却入口温度;依次类推,第i个温度段冷却出口温度Tci作为第i+1个温度段的冷却入口温度。最终获得沿整个推力室轴线分布的内壁温度数据。
本公开的液体火箭推力室试车内壁温度计算方法,通过获取试车测量得到的推力室的外壁温度测量值沿推力室轴线的分布数据;将推力室轴线方向将推力室划分为若干个温度段。根据热量传递函数关系依次计算得到各个温度段的推力室的内壁温度。可在试车中得到更详细的推力室工作数据;根据得到的内壁温度值可以与初始设计时的理论计算相互验证,便于对推力室结构参数进行优化。也可根据内壁温计算结果,针对试车的推力室进行工况调整,提高试车的成功的概率。
在本公开的一个实施方式中,在步骤S10之前,在试车时利用红外成像仪对推力室的外壁进行全局温度测量,得到外壁温度测量值沿推力室轴线的分布数据。利用红外成像仪,对试车的推力室进行实时观测,得到稳定状态推力室的温度图像,并利用图像处理工具得到沿推力室外壁某一母线的温度曲线。采用该实施方式的外壁温度的测量易于实施,利用红外成像仪对推力室外壁进行全局温度测量,摒弃了以往使用有限个温度传感器测量特定点的温度方式。不需要使用温度传感器,降低了电气设备的复杂性。从测量结果上看,该实施例的测量方法更有利于对推力室的工作状态进行全局分析。
在本公开的一个实施方式中,步骤S40包括:
获取冷却剂质量流量、冷却剂入口温度Tc0、冷却通道结构参数;这些数据可以在建立模型的时候进行设定,或者根据实际装置在试车实验时进行测量得到。
i=1时,第1个温度段的冷却入口温度等于所述冷却剂入口温度Tc0;i≥2时,第i个温度段的冷却入口温度等于第i-1个温度段的冷却出口温度Tc(i-1)。依次进行递推循环的计算。
在本公开的一个实施方式中,步骤S30包括:
通过调整燃气向第i个温度段内壁的传热量,计算得到多个第i个温度段的外壁温度计算值,使第i个温度段的外壁温度计算值逐步逼近第i个温度段的外壁温度测量值
Figure BDA0002628372870000071
当第i个温度段的外壁温度计算值与第i个温度段的外壁温度测量值
Figure BDA0002628372870000072
相等时,则对应的燃气向第i个温度段内壁的传热量为所述第i个温度段内壁的传热量
Figure BDA0002628372870000073
在本公开的一个实施方式中,热量传递函数关系包括:
Qtotal=Qcon+Qcod
Qcod=Q′con+Q′rad
式中,Qtotal为燃气传入内壁的总热量;Qcon为冷却剂带走的热量;Qcod为向外壁的导热量;Q′con为外壁面与环境的自然对流换热量;Q′rad为外壁面与环境的辐射换热量。
在本公开的一个实施方式中,根据所述热量传递函数关系得到燃气向第i个温度段内壁的传热量与第i个温度段的外壁温度计算值之间的函数关系。
在本公开的一个实施方式中,根据所述热量传递函数关系得到第i个温度段内壁的传热量与第i个温度段冷却入口温度、第i个温度段冷却出口温度和内壁温度之间的函数关系。
下面结合具体实施方式来说明本公开计算方法的原理和效果。
参见图2和图3所示,可以将推力室传热形式简化为沿径向一维传热的模型,在轴向位置x1处,根据一维稳态传热原理:
Qtotal=Qcon+Qcod
式中,Qtotal为燃气传入内壁的总热量;Qcon为再生冷却剂带走的热量;Qcod为向外壁的导热量。
经过外壁的导热,热量由对流和辐射与环境进行换热,则:
Qcod=Q′con+Q′rad
式中,Q′con为外壁面与环境的自然对流换热量;Q′rad为外壁面与环境的辐射换热量。
由于可以通过红外成像仪得到外壁温度,考虑到试车时的环境参数,对推力室进行三维数值计算,已知:冷却剂质量流量、冷却剂入口温度、流道结构参数。
其计算方法如下:
1.只存在冷却上游传热影响冷却下游的情形(例如图3中,x0~x1相较于x1~x2为上游),因此,对推力室进行分段处理,段数越多计算的越精确。
2.从推力室的燃气流动方向末端逐步向推力室的燃气入口端进行计算,对于推力室末端(x0~x1),计算模型如图4所示。根据冷却剂的入口温度Tc0确定推力室末端(x0~x1)的冷却入口温度,环境参数由试车时的条件确定。(根据试车时所处的环境温度、风速等,以此确定数值计算中的推力室外部边界条件。并由推力室表面的热辐射特性确定发射率。)
3.按图4进行CAD建模,由前一步骤2中所确定的环境参数,设置数值计算中的边界条件,进行三维数值计算。参见图3,图中Twg表示推力室内壁温度;Twc1表示冷却通道内壁温度;Twc2表示推力室冷却通道外壁温度;Two表示推力室外壁温度。将计算结果Two与红外测量的相同位置的外壁温度值相比较,若计算结果Two偏小,则需增大
Figure BDA0002628372870000081
值;若计算结果Two偏大,则需减小
Figure BDA0002628372870000082
值。并重新计算使外壁面温度逼近试车测得的相同位置温度。
利用三维数值计算逐步使外壁面温度逼近试车测得的相同位置温度,当此时外壁面温度值与试验值相等时,则
Figure BDA0002628372870000091
为试验时的燃气向内壁的传热量;并且在此计算结果中可以得到尾端再生冷却出口温度Tc1和内壁温
Figure BDA0002628372870000092
也就是说,当数值计算符合试验结果时,从结果中就可以得到冷却出口温度和内壁温。
4.将Tc1作为第2段(x1~x2)的再生冷却入口温度,并对第2段按照1~3步进行计算,同样可得到第2段的
Figure BDA0002628372870000093
Tc2
Figure BDA0002628372870000094
5.重复第四步,即可得到沿推力室轴线方向的热流分布以及内壁温分布。
综上所述,便可利用红外温度测量,实现对推力室内壁温的计算,并且可以根据对内壁温的计算精度要求,对推力室进行分段。
本公开计算方法有以下优点:
外壁温的测量易于实施。利用红外成像对推力室外壁进行实时温度观测,相较于传统测温贴片方式方便实施,可以获得外壁面全局温度分布,并可得到外壁温度沿某一母线的温度曲线,方便以在后期对外壁温度大小和变化速率进行快速分析。
可以获得内壁温度值。以往只能得到推力室外壁局部点的温度值。结合外壁温的测量结果,利用本文的计算方法,可以对内壁温进行计算,从而得到内壁温度值。并且,可以根据计算精度的需求,对计算模型划分不同计算段。因此,可在试车中得到更详细的推力室工作数据。
有利于迭代优化推力室设计,根据得到的内壁温度值可以与初始设计时的理论计算相互验证,由于本文的内壁温度值是从试验获得的,其更有参考价值。便于设计师对推力室结构参数进行优化。并且,也可根据内壁温计算结果,针对试车的推力室进行工况调整,提高试车的成功的概率。
根据本公开的另一个方面,参见图5所示的本公开计算设备的示例性实施方式的结构示意图,本公开提供了一种计算设备,该计算设备包括:通信接口1000、存储器2000和处理器3000。通信接口1000用于与外界设备进行通信,进行数据交互传输。存储器2000内存储有可在处理器3000上运行的计算机程序。处理器3000执行所述计算机程序时实现上述实施方式中的组合交易方法。所述存储器2000和处理器3000的数量可以为一个或多个。
存储器2000可以包括高速RAM存储器,也可以还包括非易失性存储器(non-volatile memory),例如至少一个磁盘存储器。
如果通信接口1000、存储器2000及处理器3000独立实现,则通信接口1000、存储器2000及处理器3000可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。所述总线可以是工业标准体系结构(ISA,Industry Standard Architecture)总线、外部设备互连(PCI,PeripheralComponent)总线或扩展工业标准体系结构(EISA,Extended Industry StandardComponent)总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示,该图中仅用一条粗线表示,但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
可选的,在具体实现上,如果通信接口1000、存储器2000、及处理器3000集成在一块芯片上,则通信接口1000、存储器2000、及处理器3000可以通过内部接口完成相互间的通信。
本公开还提供了一种可读存储介质,所述可读存储介质中存储有执行指令,所述执行指令被处理器执行时用于实现前面任一实施方式中的计算方法。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为,表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分,并且本公开的优选实施方式的范围包括另外的实现,其中可以不按所示出或讨论的顺序,包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序,来执行功能,这应被本公开的实施方式所属技术领域的技术人员所理解。处理器执行上文所描述的各个方法和处理。例如,本公开中的方法实施方式可以被实现为软件程序,其被有形地包含于机器可读介质,例如存储器。在一些实施方式中,软件程序的部分或者全部可以经由存储器和/或通信接口而被载入和/或安装。当软件程序加载到存储器并由处理器执行时,可以执行上文描述的方法中的一个或多个步骤。备选地,在其他实施方式中,处理器可以通过其他任何适当的方式(例如,借助于固件)而被配置为执行上述方法之一。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤,可以具体实现在任何可读存储介质中,以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用,或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。
就本说明书而言,“可读存储介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。可读存储介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下:具有一个或多个布线的电连接部(电子装置),便携式计算机盘盒(磁装置),随机存取存储器(RAM),只读存储器(ROM),可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器),光纤装置,以及便携式只读存储器(CDROM)。另外,可读存储介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质,因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描,接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序,然后将其存储在存储器中。
应当理解,本公开的各部分可以用硬件、软件或它们的组合来实现。在上述实施方式中,多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件来实现。例如,如果用硬件来实现,和在另一实施方式中一样,可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信息实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路,具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路,可编程门阵列(PGA),现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施方式方法的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种可读存储介质中,该程序在执行时,包括方法实施方式的步骤之一或其组合。
此外,在本公开各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理模块中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个可读存储介质中。所述存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解,上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开,而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言,在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型,并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (9)

1.一种液体火箭推力室试车内壁温度计算方法,推力室的侧壁包括外壁和内壁,外壁和内壁之间设有冷却通道,冷却剂入口位于燃气流动方向下游的侧壁端部并与冷却通道连通;其特征在于,计算方法包括:
S10、获取推力室的外壁温度测量值沿推力室轴线的分布数据;
S20、沿推力室轴线方向将推力室划分为n个温度段,n≥2;第i个温度段的外壁温度测量值为
Figure FDA0002628372860000011
1≤i≤n;沿冷却流路上游到冷却流路下游的方向,i的值逐渐递增;
S30、根据热量传递函数关系,计算得到当第i个温度段的外壁温度计算值等于第i个温度段的外壁温度测量值
Figure FDA0002628372860000012
时第i个温度段内壁的传热量
Figure FDA0002628372860000014
S40、根据热量传递函数关系,计算得到第i个温度段内壁的传热量
Figure FDA0002628372860000015
对应的第i个温度段冷却出口温度Tci和内壁温度
Figure FDA0002628372860000013
2.如权利要求1所述的液体火箭推力室试车内壁温度计算方法,其特征在于,S10之前,在试车时利用红外成像仪对推力室的外壁进行全局温度测量,得到所述外壁温度测量值沿推力室轴线的分布数据。
3.如权利要求2所述的液体火箭推力室试车内壁温度计算方法,其特征在于,S40包括:
获取冷却剂质量流量、冷却剂入口温度Tc0、冷却通道结构参数;
i=1时,第1个温度段的冷却入口温度等于所述冷却剂入口温度Tc0;i≥2时,第i个温度段的冷却入口温度等于第i-1个温度段的冷却出口温度Tc(i-1)
4.如权利要求3所述的液体火箭推力室试车内壁温度计算方法,其特征在于,S30包括:
通过调整燃气向第i个温度段内壁的传热量,计算得到多个第i个温度段的外壁温度计算值,使第i个温度段的外壁温度计算值逐步逼近第i个温度段的外壁温度测量值
Figure FDA0002628372860000016
当第i个温度段的外壁温度计算值与第i个温度段的外壁温度测量值
Figure FDA0002628372860000017
相等时,则对应的燃气向第i个温度段内壁的传热量为所述第i个温度段内壁的传热量
Figure FDA0002628372860000018
5.如权利要求1至4任一项所述的液体火箭推力室试车内壁温度计算方法,其特征在于,所述热量传递函数关系包括:
Qtotal=Qcon+Qcod
Qcod=Q′con+Q′rad
式中,Qtotal为燃气传入内壁的总热量;Qcon为冷却剂带走的热量;Qcod为向外壁的导热量;Q′con为外壁面与环境的自然对流换热量;Q′rad为外壁面与环境的辐射换热量。
6.如权利要求5所述的液体火箭推力室试车内壁温度计算方法,其特征在于,根据所述热量传递函数关系得到燃气向第i个温度段内壁的传热量与第i个温度段的外壁温度计算值之间的函数关系。
7.如权利要求5所述的液体火箭推力室试车内壁温度计算方法,其特征在于,根据所述热量传递函数关系得到第i个温度段内壁的传热量与第i个温度段冷却入口温度、第i个温度段冷却出口温度和内壁温度之间的函数关系。
8.一种计算设备,其特征在于,所述计算设备包括:
存储器,所述存储器存储有执行指令;以及
处理器,所述处理器执行所述存储器存储的执行指令,使得所述处理器执行如权利要求1至7任一项所述的方法。
9.一种可读存储介质,其特征在于,所述可读存储介质中存储有执行指令,所述执行指令被处理器执行时用于实现如权利要求1至7任一项所述的方法。
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