CN113806859B - 火箭发动机多模式静态计算系统、方法、存储介质及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种火箭发动机多模式静态计算系统、方法、存储介质及设备，以解决静态计算存在的软件功能单一，软件之间数据关联性差导致传递效率低且易出错及针对同类型号间通用性差的问题。该系统包括建模模块、切换模块、参数设置模块、变形信息存储模块、注解信息存储模块、求解模块和结果处理模块。该方法包括：1、对模型库进行加载；2、构建发动机系统模板模型；3、进行静态计算模式切换生成对应的静态计算系统模型；4、对静态计算系统模型进行参数设置；5、判断设置的参数为共用参数或是独有参数，并分别存储；6、对静态计算系统模型进行求解；7、对求解结果进行筛选和输出；8、判断是否需要继续静态计算模式计算。

Description

火箭发动机多模式静态计算系统、方法、存储介质及设备
技术领域
本发明涉及液体火箭发动机系统静态特性计算分析方法，具体涉及一种液体火箭发动机多模式静态计算系统、方法、存储介质及设备。
背景技术
液体火箭发动机作为运载火箭及其他运载飞行器的核心动力系统，是航天技术发展的重要组成部分，也是整个航天飞行器系统的研制过程中周期最长、难度最大的关键分系统之一。液体火箭发动机静态特性计算是其设计过程中非常重要的数字化计算分析任务，其主要包括平衡计算、调整计算和状态计算等工作。通过对发动机静态特性的计算分析，可实现发动机关键组件的性能指标分解。通过对不同工况下发动机性能状态计算，实现设计、制造和装配等方面误差对发动机系统影响度的评估及相应的调整补偿分析，进而为发动机系统方案论证、系统性能参数验证评估以及调节组件的制造、装配和实验提供量化的理论指导。
目前静态特性分析工作主要存在以下几方面问题：(1)软件功能单一，每一种计算软件只能开展一种静态分析任务，导致软件数量多，使用和管理不便；(2)软件之间关联性差，现有静态特性计算多为单个独立软件，软件间的数据交互需通过人工传递，效率低下且易出错；(3)工具通用性较差，目前具备的一些自研工具只能适用于特定型号，很难实现同类型号之间的互用，大大增加了工具开发和二次修改的难度。
综上所述的问题，极大的限制了液体火箭发动机型号产品的多样化发展，难以满足对运载火箭动力系统越来越高的性能需求。
发明内容
本发明的目的在于解决目前液体火箭发动机系统静态特性计算存在的软件功能单一导致软件数量多，使用和管理不便、软件之间数据关联性差导致数据传递效率低且易出错及软件工具针对同类型号发动机通用性较差的技术问题，提出一种液体火箭发动机多模式静态计算系统、方法、存储介质及设备。
本发明提出的技术方案为：
一种火箭发动机多模式静态计算系统，其特殊之处在于：包括建模模块、切换模块、参数设置模块、变形信息存储模块、注解信息存储模块、求解模块和结果处理模块；
所述建模模块用于加载模型库并基于模型库构建发动机系统模板模型，且输出给切换模块；
所述切换模块用于将静态计算模式切换为其中一种，并基于发动机系统模板模型生成对应静态计算系统模型，切换模块的输出与参数设置模块的输入相接；
所述参数设置模块用于对切换模块生成的所述静态计算系统模型进行参数设置，将已设置的共用参数作为变形信息输出给变形信息存储模块，将已设置的独有参数作为注解信息输出给注解信息存储模块；所述参数设置模块将已设置参数的静态计算系统模型输出给求解模块的输入；
所述变形信息存储模块和注解信息存储模块分别用于存储输入的共用参数和独有参数并输出给建模模块的发动机系统模板模型；
所述求解模块用于对已完成参数设置的静态计算系统模型进行编译和求解，求解结果输出给结果处理模块；
所述结果处理模块用于对求解结果进行筛选和输出。
进一步地，所述变形信息为已设置的共用参数，在进行静态模式切换时，是各个不同静态计算系统模型均可直接应用的参数；
所述注解信息为已设置的独有参数，在进行静态模式切换时，是对应静态计算系统模型才可使用的参数。
共用参数使不同静态计算系统模型进行参数设置时可以直接使用已设置的共用参数，实现了不同静态计算模式间计算参数的共享；独有参数使独有参数对应的静态计算系统模型可以使用已设置的参数，提高了独有参数设置或查看的便捷性。
进一步地，所述静态计算系统模型为平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型；
所述参数设置模块用于对切换模块生成的平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型进行参数设置；
所述求解模块用于对已完成参数设置的平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型进行编译和求解，得到相应计算结果并输出给结果处理模块。
本发明还提供了一种火箭发动机多模式静态计算方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：
步骤1、基于建模模块，对模型库进行加载；并根据模型库构建发动机系统模板模型，以反映发动机系统的组件标识和拓扑结构关系；
步骤2、通过切换模块进行静态计算模式切换，并基于发动机系统模板模型，选择不同静态计算模式中的一种以生成对应的静态计算系统模型；
步骤3、基于参数设置模块，对步骤2生成的静态计算系统模型进行相应的参数设置；
步骤4、判断步骤3中设置的参数是否为共用参数，若是共用参数，则作为变形信息，保存在变形信息存储模块；若不是共用参数，则为独有参数，并作为注解信息，保存在注解信息存储模块；
将所述变形信息和注解信息添加在发动机系统模板模型中用于更新发动机系统模板模型；
步骤5、在所述静态计算系统模型参数设置完成后，通过求解模块对静态计算系统模型进行编译和求解，得到相应的计算结果；
步骤6、通过结果处理模块对步骤5的计算结果进行筛选和输出；
步骤7、判断是否需要继续对静态计算模式进行计算，若不需要进行计算，则计算结束；若需要进行计算，则返回步骤2，直至不再需要进行静态计算模式的计算，则计算结束。
进一步地，所述步骤1中根据模型库构建发动机系统模板模型具体为：
(1.1)基于模型库中的组件基类模型、环境模型和介质模型构建发动机系统模板模型；所述组件基类模型的子模型包括静态计算组件模型、图标和接口；所述静态计算组件模型的子模型包括平衡计算组件模型、调整计算组件模型和状态计算组件模型；
所述平衡计算组件模型、调整计算组件模型和状态计算组件模型是根据各自计算原理，添加不同类型的方程以及方程求解时所需的组件输入参数标识构建而成；
(1.2)将构建所述发动机系统模板模型的模型库组件输入参数标识添加至发动机系统模板模型中，所述组件输入参数标识包括独有参数标识和共用参数标识。
可以理解的是，构建同类型号的发动机系统模板模型时，其环境模型、介质模型、图表和接口具有相同的共用参数标识，本发明通过将构建所述发动机系统模板模型的模型库的共用参数标识和独有参数标识添加至发动机系统模板模型中，实现了同类型号发动机之间的互用，减少同类仿真软件的开发，节省了人力成本简化了操作。
进一步地步骤2中，所述静态计算系统模型为平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型；
步骤3中，基于参数设置模块，分别对平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型进行参数设置；
步骤5中，基于求解模块，对已完成参数设置的平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型进行编译和求解，得到相应的计算结果。
进一步地，所述变形信息为已设置的共用参数，在进行静态模式切换时，是各个不同静态计算系统模型均可直接应用的参数；
所述注解信息为已设置的独有参数，在进行静态模式切换时，是对应静态计算系统模型才能使用的参数。
进一步地，步骤2中，所述静态计算模式切换具体为：
通过读取发动机系统模板模型中的拓扑结构信息和组件名称标识信息，将发动机系统模板模型中组件基类模型一键替换成不同计算功能的静态计算组件模型，并且通过自动匹配发动机系统模板模型中的信息配置环境模型、介质模型、图表、接口和每个组件参数和/或参数标识，形成平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型；
其中，每个组件参数中的共用参数从发动机系统模板模型对应的组件变形信息中获取，每个组件参数中的独有参数从发动机系统模板模型注解信息中获取。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特殊之处在于：所述计算机程序被处理器执行时实现上述火箭发动机多模式静态计算方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机设备，包括处理器，与所述处理器连接的存储器，以及可在所述处理器上运行的计算机程序，其特殊之处在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现上述火箭发动机多模式静态计算方法的步骤。
本发明的有益效果：
1、本发明提供的火箭发动机多模式静态计算系统通过设置切换模块可以根据不同应用场景，选择不同静态计算模式生成对应的静态计算系统模型，对多种模式的静态计算功能全覆盖，克服了一种计算软件只能进行一种静态计算分析的缺陷。
2、本发明实现了将不同静态计算系统模型设置的参数根据参数类型分别存储在变形信息存储模块和注解信息存储模块，并将变形信息存储模块中的共用参数和注解信息存储模块中的独有参数加载在发动机系统模板模型上，供切换模块进行静态计算模式切换时对参数的调用，实现了静态计算模式切换时不同静态计算模式设置参数的自动存储和共享，便于不同静态计算模式下参数的设置或查看，提高了参数共享的便捷性。
3、本发明可以实现静态计算功能的集成，便于统一管理，能够通过模型库迅速搭建不同发动机系统模型，增强不同静态计算模式的模型的继承性、关联性和扩展性，适用范围广，并且大大提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明火箭发动机多模式静态计算系统实施例结构框图；
图2为本发明火箭发动机多模式静态计算方法实施例流程示意图；
图3为本发明火箭发动机多模式静态计算方法中发动机系统模板模型的构建方法示意图；
图4为本发明实施例中模型库架构示例图；
图5为本发明实施例中发动机系统模板模型示例图；
图6为本发明实施例静态计算系统模型中的平衡计算系统模型示例图；
图7为本发明实施例静态计算系统模型中的平衡计算系统模型编译信息示例图；
图8为本发明实施例静态计算系统模型中的平衡计算系统模型求解结果示例图。
具体实施方式
参见图1，本实施例提供的液体火箭发动机多模式静态计算系统包括建模模块、切换模块、参数设置模块、变形信息存储模块、注解信息存储模块、求解模块和结果处理模块。
建模模块用于加载模型库并基于模型库构建发动机系统模板模型，且输出给切换模块。
切换模块的输出与参数设置模块的输入相接，用于切换不同静态计算模式中的一种，并基于发动机系统模板模型以生成对应的平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型。
参数设置模块用于对切换模块生成的平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型进行参数设置，将已设置参数中的共用参数作为变形信息输出给变形信息存储模块，将已设置参数中的独有参数作为注解信息输出给注解信息存储模块，参数设置模块将已设置参数的静态计算系统模型输出给求解模块的输入。
在进行静态模式切换时，共用参数为平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型均可直接应用的参数；
在进行静态模式切换时，独有参数为当切换为对应平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型时可使用的参数。
变形信息存储模块和注解信息存储模块分别用于存储输入的共用参数和独有参数并输出给建模模块的发动机系统模板模型；
求解模块用于对已完成参数设置的平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型进行编译和求解，并将求解结果输出给结果处理模块；
结果处理模块用于对求解结果进行筛选和输出。
参见图2和图3，本实施例提供一种液体火箭发动机多模式静态计算方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、基于建模模块，对模型库进行加载；并根据模型库构建发动机系统模板模型，以反映发动机系统的组件标识和拓扑结构关系。
具体的，模型库和发动机系统模板模型示例参见图4和图5。
根据模型库构建发动机系统模板模型具体为：
(1.1)基于模型库中的组件基类模型、环境模型和介质模型构建发动机系统模板模型；所述组件基类模型的子模型包括静态计算组件模型、图标和接口；所述静态计算组件模型的子模型包括平衡计算组件模型、调整计算组件模型和状态计算组件模型；
平衡计算组件模型、调整计算组件模型和状态计算组件模型是根据各自计算原理，添加不同类型的方程以及方程求解时所需的组件输入参数标识构建而成。
(1.2)将构建所述发动机系统模板模型的模型库组件输入参数标识添加至发动机系统模板模型中，组件输入参数标识包括独有参数标识和共用参数标识。
步骤2、通过切换模块进行静态计算模式切换，基于发动机系统模板模型，选择不同静态计算模式中的一种以生成对应的静态计算系统模型；
切换模块通过读取发动机系统模板模型中的拓扑结构信息和组件名称标识信息，将发动机系统模板模型中组件基类模型一键替换成不同计算功能的静态计算组件模型，并且通过自动匹配发动机系统模板模型中的信息配置环境模型、介质模型、图表、接口和及每个组件参数和/或参数标识，形成对应静态计算系统模型；
其中，每个组件参数中的共用参数从发动机系统模板模型对应的组件变形信息中获取，每个组件参数中的独有参数从发动机系统模板模型注解信息中获取。
静态计算系统模型包括平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型，分别对应选择按钮N＝1为平衡计算系统模型，N＝2为调整计算系统模型，N＝3为状态计算系统模型，可以理解的是，选择按钮与不同的静态计算系统模型可以随机组合，以上只是其中一种组合方式。
根据实际应用场景的需要，基于切换模块选择其中一个按钮，即可根据发动机系统模板模型生成不同的静态计算系统模型，可以是平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型。
举例说明，切换模块进行静态计算模式切换时选择按钮N＝1，则生成平衡计算系统模型，参见图6。
步骤3、基于参数设置模块，对步骤2生成的静态计算系统模型进行参数设置；
按照步骤2中的举例说明，本步骤中对平衡计算系统模型进行参数设置。
步骤4、判断步骤3中设置的参数是否为共用参数，若是共用参数，则作为变形信息，保存在变形信息存储模块；若不是共用参数，则为独有参数并作为注解信息，保存在注解信息存储模块；将所述变形信息和注解信息添加在发动机系统模板模型中用于更新发动机系统模板模型；
所述变形信息为已设置的共用参数，在进行静态模式切换时，是各个不同静态计算系统模型均可直接应用的参数；
所述注解信息为已设置的独有参数，在进行静态模式切换时，是对应静态计算系统模型才能使用的参数。
按照步骤2中的举例说明，本步骤判断对平衡计算系统模型设置的参数是否为共用参数，并将共用参数作为变形信息保存在变形信息存储模块，将独有参数作为注解信息保存在注解信息存储模块；平衡计算系统模型设置参数构成的变形信息和注解信息添加在发动机系统模板模型中用于更新发动机系统模板模型。
平衡计算系统模型设置参数中的变形信息，在进行静态模式切换时，是可以供平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型直接应用。
平衡计算系统模型设置参数中的注解信息，在进行静态模式切换时，是只有切换为平衡计算系统模型时才能使用。
步骤5、在所述平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型参数设置完成后，通过求解模块对平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型进行编译和求解，求解出各个静态计算系统模型中的未知变量，得到相应的平衡计算结果或调整计算结果或状态计算结果，举例说明，对平衡计算系统模型的编译信息参见图7。
步骤6、通过结果处理模块对步骤5求解的计算结果进行筛选和输出，例如，将求解的结果以多种可视化方式进行显示，例如，求解结果以数值或曲线方式显示，还可保存为结果数据文件，以应用于系统不同研制环节，参见图8，平衡计算结果以数值的方式显示。
步骤7、判断是否需要继续对静态计算模式进行计算，若不需要进行计算，则计算结束；若需要进行计算，则返回步骤2，直至不再需要进行静态计算模式的计算，则计算结束。
本发明实施方式还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施方式所描述的液体火箭发动机多模式静态计算方法的步骤；该存储介质可以为U盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，ROM)、随机存取存储器(random access memory,RAM)或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施方式还提供一种计算机设备，该计算机设备包括处理器，与所述处理器连接的存储器，以及可在所述处理器上运行的计算机程序，该处理器执行计算机程序实现上述实施方式所描述的液体火箭发动机多模式静态计算方法的步骤；该计算机设备可以是笔记本电脑、平板电脑等便携式计算机，也可以是台式电脑等计算机设备。

Claims (10)

1.一种火箭发动机多模式静态计算系统，其特征在于：包括建模模块、切换模块、参数设置模块、变形信息存储模块、注解信息存储模块、求解模块和结果处理模块；
所述建模模块用于加载模型库并基于模型库构建发动机系统模板模型，且输出给切换模块；
所述切换模块用于将静态计算模式切换为其中一种，并基于发动机系统模板模型生成对应静态计算系统模型，切换模块的输出与参数设置模块的输入相接；
所述参数设置模块用于对切换模块生成的所述静态计算系统模型进行参数设置，将已设置的共用参数作为变形信息输出给变形信息存储模块，将已设置的独有参数作为注解信息输出给注解信息存储模块；所述参数设置模块将已设置参数的静态计算系统模型输出给求解模块的输入；
所述变形信息存储模块和注解信息存储模块分别用于存储输入的共用参数和独有参数，其输出接建模模块的发动机系统模板模型；
所述求解模块用于对已完成参数设置的静态计算系统模型进行编译和求解，求解结果输出给结果处理模块；
所述结果处理模块用于对求解结果进行筛选和输出。
2.根据权利要求1所述的火箭发动机多模式静态计算系统，其特征在于：所述变形信息为已设置的共用参数，在进行静态模式切换时，是各个不同静态计算系统模型均可直接应用的参数；
所述注解信息为已设置的独有参数，在进行静态模式切换时，是对应静态计算系统模型可使用的参数。
3.根据权利要求1或2所述的火箭发动机多模式静态计算系统，其特征在于：
所述静态计算系统模型为平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型；
所述参数设置模块用于对切换模块生成的平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型进行参数设置；
所述求解模块用于对已完成参数设置的平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型进行编译和求解，得到相应计算结果并输出给结果处理模块。
4.一种火箭发动机多模式静态计算方法，其特征在于，基于权利要求1-3任一所述的火箭发动机多模式静态计算系统，包括如下步骤：
步骤1、基于建模模块，对模型库进行加载；并根据模型库构建发动机系统模板模型，以反映发动机系统的组件标识和拓扑结构关系；
步骤2、通过切换模块进行静态计算模式切换，基于发动机系统模板模型，选择不同静态计算模式中的一种以生成对应的静态计算系统模型；
步骤3、基于参数设置模块，对步骤2生成的静态计算系统模型进行相应的参数设置；
步骤4、判断步骤3中设置的参数是否为共用参数，若是共用参数，则作为变形信息，保存在变形信息存储模块；若不是共用参数，则为独有参数，并作为注解信息，保存在注解信息存储模块；
将所述变形信息和注解信息添加在发动机系统模板模型中用于更新发动机系统模板模型；
步骤5、在所述静态计算系统模型参数设置完成后，通过求解模块对静态计算系统模型进行编译和求解，得到相应的计算结果；
步骤6、通过结果处理模块对步骤5的计算结果进行筛选和输出；
步骤7、判断是否需要继续对静态计算模式进行计算，若不需要进行计算，则计算结束；若需要进行计算，则返回步骤2，直至不再需要进行静态计算模式的计算，则计算结束。
5.根据权利要求4所述的火箭发动机多模式静态计算方法，其特征在于，所述步骤1中根据模型库构建发动机系统模板模型具体为：
(1.1)基于模型库中的组件基类模型、环境模型和介质模型构建发动机系统模板模型；所述组件基类模型的子模型包括静态计算组件模型、图标和接口；所述静态计算组件模型的子模型包括平衡计算组件模型、调整计算组件模型和状态计算组件模型；
所述平衡计算组件模型、调整计算组件模型和状态计算组件模型是根据各自计算原理，添加不同类型的方程以及方程求解时所需的组件输入参数标识构建而成；
(1.2)将构建所述发动机系统模板模型的模型库组件输入参数标识添加至发动机系统模板模型中，所述组件输入参数标识包括独有参数标识和共用参数标识。
6.根据权利要求4或5所述的火箭发动机多模式静态计算方法，其特征在于：步骤2中，所述静态计算系统模型为平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型；
步骤3中，基于参数设置模块，分别对平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型进行参数设置；
步骤5中，基于求解模块，对已完成参数设置的平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型进行编译和求解，得到相应的计算结果。
7.根据权利要求6所述的火箭发动机多模式静态计算方法，其特征在于：步骤4中，所述变形信息为已设置的共用参数，在进行静态模式切换时，是各个不同静态计算系统模型均可直接应用的参数；
所述注解信息为已设置的独有参数，在进行静态模式切换时，是对应静态计算系统模型才能使用的参数。
8.根据权利要求7所述的火箭发动机多模式静态计算方法，其特征在于，步骤2中，所述静态计算模式切换具体为：
通过读取发动机系统模板模型中的拓扑结构信息和组件名称标识信息，将发动机系统模板模型中组件基类模型一键替换成不同计算功能的静态计算组件模型，并且通过自动匹配发动机系统模板模型中的信息配置环境模型、介质模型、图表、接口及每个组件参数和/或参数标识，形成平衡计算系统模型或调整计算系统模型或状态计算系统模型；
其中，每个组件参数中的共用参数从发动机系统模板模型对应的组件变形信息中获取，每个组件参数中的独有参数从发动机系统模板模型注解信息中获取。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求4-8任一项所述火箭发动机多模式静态计算方法的步骤。
10.一种计算机设备，包括处理器，与所述处理器连接的存储器，以及可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求4-8中任一项所述火箭发动机多模式静态计算方法的步骤。
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