CN114936445A - 基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法及装置 - Google Patents

基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法及装置 Download PDF

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CN114936445A CN202210193732.1A CN202210193732A CN114936445A CN 114936445 A CN114936445 A CN 114936445A CN 202210193732 A CN202210193732 A CN 202210193732A CN 114936445 A CN114936445 A CN 114936445A
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蔡国飙
魏天放
田辉
李心瞳
姜宪珠
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Beihang University
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Abstract

本申请提供了基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法及装置，涉及航天技术领域，具体为：获取发动机每个采样时刻的初始氧化剂质量流量；进入迭代步骤：根据每个采样时刻上一迭代次数的氧化剂质量流量，依次计算每个采样时刻的实际推力，其中，第一次迭代中，上一迭代次数的氧化剂质量流量为初始氧化剂质量流量；判断所有采样时刻的实际推力和预设推力之间的关系是否满足迭代结束条件，如果不满足则计算本次迭代的每个采样时刻的氧化剂质量流量，增加迭代次数，转入迭代步骤；否则，迭代结束；将最后一次迭代计算确定的所有采样时刻的氧化剂质量流量，作为对应采样时刻的最佳氧化剂质量流量。本申请实现固液火箭发动机流量工况设计计算。

Description

基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法及装置
技术领域
本申请涉及航天技术领域，尤其是涉及基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法及装置。
背景技术
相比于传统的固体和液体火箭发动机，固液火箭发动机具有推力可调节、多次启停、安全可靠、环保、药柱稳定性高等优点，具有较好的经济性，在小型运载火箭、探空火箭、亚轨道飞行器、载人飞船等领域有广阔的应用前景。固液火箭发动机是一般采用液体氧化剂和固体燃料的化学火箭发动机，其通过液体氧化剂喷入燃烧室与固体燃料进行掺混燃烧，药柱受热分解与氧化剂进一步燃烧放热，高温燃烧产物经拉瓦尔喷管加速喷出进而产生推力。因此根据给定的推力，得出需要喷入燃烧室的液体氧化剂的质量流量成为发动机工作工况设计的关键。
固液火箭发动机内弹道是指发动机内部的工作过程，主要研究发动机在设计或非设计状态下燃烧室及喷管内流动参数随时间或空间的变化规律。零维内弹道计算，将发动机内部参数看作平均值，主要解决燃烧室压强随时间的变化规律，在此基础上进一步计算出推力、质量流率、总冲和比冲等重要参数。
传统的固液火箭发动机内弹道计算方法为给定氧化剂质量流量，根据每一时刻的燃面退移的几何规律，计算通道面积及燃烧面积，求解氧化剂流率和燃速，进而求热燃烧室压力、氧燃比和发动机推力等性能参数。传统的计算方法只能实现正向的根据给定的氧化剂质量流量，进而预测发动机的内弹道性能，而该方法无法实现根据预设推力得到内弹道性能。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法及装置，能够根据固液发动机总体提出的推力指标要求，给定预设推力，根据拟合出的燃速公式及推进剂配方的能量特性，解算出达到预设推力所需的氧化剂质量流量。
第一方面，本申请实施例提供了一种基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法，包括：
获取发动机每个采样时刻的初始氧化剂质量流量；
进入迭代步骤：根据每个采样时刻上一迭代次数的氧化剂质量流量，依次计算每个采样时刻的实际推力，其中，第一次迭代中，上一迭代次数的氧化剂质量流量为初始氧化剂质量流量；判断所有采样时刻的实际推力和预设推力之间的关系是否满足迭代结束条件，如果不满足，则根据每个采样时刻的实际推力和预设推力，计算本次迭代的每个采样时刻的氧化剂质量流量，增加迭代次数，转入迭代步骤；否则，迭代结束；
将最后一次迭代计算确定的所有采样时刻的氧化剂质量流量，作为对应采样时刻的最佳氧化剂质量流量。
进一步的，在进入迭代步骤之前包括：
获取发动机每个采样时刻的预设推力；
获取每个采样时刻的喷管喉部截面积，将发动机的喷管出口面积除以每个采样时刻的喷管喉部截面积，得到每个采样时刻的喷管扩张比；
获取固液火箭发动机的比冲效率。
进一步的，在进入迭代步骤之前包括：
根据采样时间间隔将固体燃料药柱燃烧层肉厚分为n个微元燃烧距离；建立参数化装药结构模型，对装药结构的燃面退移规律与通道面积和燃烧面积规律进行归纳，计算每个采样时刻的药形几何参数，得到第i个采样时刻的通道面积
Figure BDA0003526037670000031
和燃烧面积
Figure BDA0003526037670000032
进一步的，根据每个采样时刻的上一迭代次数的氧化剂质量流量，依次计算每个采样时刻的实际推力；包括：
根据第j-1迭代次数下的第i个采样时刻的氧化剂质量流量
Figure BDA0003526037670000033
计算氧化剂流率
Figure BDA0003526037670000034
Figure BDA0003526037670000035
计算燃速
Figure BDA0003526037670000036
Figure BDA0003526037670000037
其中，a为指前因子，n为氧化剂流率指数，均为常数；
计算燃料质量流量
Figure BDA0003526037670000038
Figure BDA0003526037670000039
其中，ρf为燃料密度；
计算氧燃比
Figure BDA00035260376700000310
Figure BDA00035260376700000311
基于预先建立的三维插值表，通过插值获取氧燃比
Figure BDA00035260376700000312
第i-1个采样时刻的燃烧室压力
Figure BDA00035260376700000313
和第i个采样时刻的喷管扩张比对应的理论特征速度c* i,j和理论比冲，将理论比冲与所述比冲效率相乘，得到实际比冲
Figure BDA0003526037670000041
计算第j迭代次数下的第i个采样时刻的燃烧室压力
Figure BDA0003526037670000042
Figure BDA0003526037670000043
其中，
Figure BDA0003526037670000044
为第i个采样时刻的喷管喉部截面积；
计算第j迭代次数下的第i个采样时刻的实际推力Fi,j：
Figure BDA0003526037670000045
进一步的，所述三维插值表的建立步骤包括：
根据推进剂配方，分别确定氧燃比、燃烧室压力及喷管扩张比的取值范围；
按照第一取值间隔从氧燃比取值范围中获取多个氧燃比值；
按照第二取值间隔从燃烧室压力取值范围中获取多个燃烧室压力值；所述第二取值间隔和第一取值间隔相同；
按照第三取值间隔从喷管扩张比取值范围中获取多个喷管扩张比值；
将任一个氧燃比值、任一个燃烧室压力值和任一个喷管扩张比值进行组合，得到一组因变量；
利用热力计算软件计算所述因变量对应的特征速度及比冲；
将所有因变量和对应的特征速度及比冲放入三维插值表。
进一步的，基于预先建立的三维插值表，通过插值获取氧燃比
Figure BDA0003526037670000046
第i-1个采样时刻的燃烧室压力
Figure BDA0003526037670000047
和第i个采样时刻的喷管扩张比对应的理论特征速度c* i,j和理论比冲；包括：
从三维插值表中获取与氧燃比
Figure BDA0003526037670000048
第i-1个采样时刻的燃烧室压力
Figure BDA0003526037670000049
和第i个采样时刻的喷管扩张比最接近的两组数据；
利用氧燃比
Figure BDA00035260376700000410
和两组数据中的氧燃比的比例关系，对两组数据中的特征速度和比冲进行插值，得到理论特征速度c* i,j和理论比冲。
进一步的，根据每个采样时刻的实际推力和预设推力，计算本次迭代的每个采样时刻的氧化剂质量流量，包括：
对于第j次迭代下的第i个采样时刻的氧化剂质量流量
Figure BDA0003526037670000051
为：
Figure BDA0003526037670000052
其中，
Figure BDA0003526037670000053
为第j-1次迭代下的第i个采样时刻的氧化剂质量流量，
Figure BDA0003526037670000054
为第i个采样时刻的初始氧化剂质量流量；F* i为第i个采样时刻的预设推力。
进一步的，所述迭代结束条件为：每个采样时刻的实际推力和预设推力差的绝对值均小于第一阈值，或所有采样时刻的实际推力和预设推力差的均方差小于第二阈值。
第二方面，本申请实施例提供了基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算装置，包括：
获取单元，用于获取发动机每个采样时刻的初始氧化剂质量流量；
循环迭代单元，用于根据每个采样时刻上一迭代次数的氧化剂质量流量，依次计算每个采样时刻的实际推力，其中，第一次迭代中，上一迭代次数的氧化剂质量流量为初始氧化剂质量流量；判断所有采样时刻的实际推力和预设推力之间的关系是否满足迭代结束条件，如果不满足，则根据每个采样时刻的实际推力和预设推力，计算本次迭代的每个采样时刻的氧化剂质量流量，增加迭代次数，转入迭代步骤；否则，迭代结束；
确定单元，用于将最后一次迭代计算确定的所有采样时刻的氧化剂质量流量，作为对应采样时刻的最佳氧化剂质量流量。
第三方面，本申请实施例一种电子设备，包括：存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本申请实施例提供的基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法。
本申请根据给定预设推力迭代求解出固液火箭发动机所需的理论氧化剂质量流量；能够实现固液火箭发动机流量工况设计计算。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法的整体思路示意图；
图2为本申请实施例提供的基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法的流程图；
图3为本申请实施例提供的基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算装置的功能结构图；
图4为本申请实施例提供的电子设备的结构图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
首先对本申请实施例的设计思想进行简单介绍。
本申请采用零维内弹道计算，将发动机内部参数看作平均值，主要解决燃烧室压强随时间的变化规律，对零维内弹道建立如下假设：
(1)燃气在燃烧室内的流速很小，燃烧室内压强分布处处相等；
(2)推进剂在发动机前、后燃室以及药柱通道内燃烧完全，且反应温度不变；
(3)燃烧产物可看作是完全气体，且符合完全气体状态方程。
燃烧室压力计算可根据质量守恒方程和气体状态方程进行推导。依据质量守恒原则，燃烧室内的燃气生成率
Figure BDA0003526037670000071
可分为流出喷管的质量流量
Figure BDA0003526037670000072
和燃烧室内的燃气增长率
Figure BDA0003526037670000073
两部分。
Figure BDA0003526037670000074
其中：
Figure BDA0003526037670000075
Figure BDA0003526037670000076
Figure BDA0003526037670000077
式中，ρc为燃气密度；ρf为燃料密度；CD为流率系数；Vc为燃烧室充气容积；c*为推进剂的特征速度；
Figure BDA0003526037670000078
为固体燃料燃速；At为喷管喉部截面积；Ab为燃烧面积；
Figure BDA0003526037670000079
为燃料质量流量；
Figure BDA00035260376700000710
为氧化剂质量流量；pc为燃烧室压力；
燃烧室内燃气的增长率也由两部分组成，一是燃气密度的增加，二是燃烧室充气容积的增加，即固体燃料消耗所产生的体积：
Figure BDA0003526037670000081
质量守恒方程可写为
Figure BDA0003526037670000082
联立气体状态方程
pc＝ρcRTc
推导整理得
Figure BDA0003526037670000083
其中
Figure BDA0003526037670000084
略去后得
Figure BDA0003526037670000085
式中Γ为比热比k的函数，求解上式即可得到燃烧室压力随时间的变化关系。
采用瞬时平衡压强理论计算，可认为
Figure BDA0003526037670000086
从而
Figure BDA0003526037670000087
本申请所描述的固液火箭发动机，通常认为燃料燃速
Figure BDA00035260376700000810
只与氧化剂流量Go相关，与燃烧室压力无关，燃速公式为
Figure BDA0003526037670000088
式中，a为指前因子，n为氧化剂流率指数，均为常数。
发动机工作过程中的特征速度和比冲是室压和氧燃比的函数，由热力计算得到
Figure BDA0003526037670000089
最终，发动机推力计算为
Figure BDA0003526037670000091
式中，Is为比冲。
因此，内弹道计算步骤如下：
(1)将固体燃料药柱燃烧层肉厚分成n个微元燃烧距离Δe；
(2)初始时刻ti＝0，此时燃烧肉厚Yi＝0；
(3)计算当Yi＝0，Δe，2Δe，…nΔe时的通道面积
Figure BDA0003526037670000092
和燃烧面积
Figure BDA0003526037670000093
的值；
(4)计算对应时刻的氧化剂流率Go、燃速
Figure BDA0003526037670000094
燃气流量
Figure BDA0003526037670000095
和氧燃比O/F；
(5)通过之前读入的热力计算参数，得出相应氧燃比对应的特征速度和比冲，进而迭代求出燃烧室压力pc和发动机推力F；
(6)转至下一个计算微元，燃烧肉厚为Yi+1＝Yi+Δe，工作时间为
Figure BDA0003526037670000096
(7)判断药柱是否烧完，否，则返回第(3)步继续计算；是，则结束。
(8)作出发动机工作全程的pc-t，F-t内弹道性能曲线。
本申请设计了一种基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法，相较于传统的给定氧化剂质量流量的正向内弹道计算方法，可以实现根据给定的推力条件下，反向计算发动机工作过程中所需的氧化剂质量流量。进而为固液火箭发动机地面热试车试验工况，提供依据。
如图1所示，在本申请实施例中，根据发动机总体给定的推力要求，获取随时间变化的推力数据；根据药形参数、比冲效率、喷管扩张比、燃速公式以及初始氧化剂流量等参数进行内弹道计算。首先确定时间间隔，也即将固体燃料药柱燃烧层肉厚分为n个微元燃烧距离。建立参数化装药结构模型，对装药结构的燃面退移规律与通道面积和燃烧面积规律进行归纳，计算每个时刻的药形几何参数，进而计算出通道面积
Figure BDA0003526037670000101
和燃烧面积
Figure BDA0003526037670000102
根据给定的初始氧化剂流量，计算当前时刻的氧化剂流率Go、燃速
Figure BDA0003526037670000103
燃气质量流量
Figure BDA0003526037670000104
和氧燃比O/F，根据输入程序的热力计算三维差值表，得出相应的氧燃比对应的特征速度和比冲，进而求出此时间步的燃烧室压力pc和发动机推力F。接下来计算下一时刻的相应参数，直至全部时间步计算完毕。对给定的预设推力和计算出的实际推力，迭代每一时间步的氧化剂质量流量，使其能够满足理论计算出的推力与预设推力误差极小，则认为此时的氧化剂流量为预使发动机达到此推力条件的理论值。进而可以作为发动机地面热试车的理论依据。
本申请适用于固液火箭发动机地面热试车理论工况计算；与传统的给定氧化剂流量进行发动机性能计算的正向内弹道计算方法，本申请实现给定预设推力，进而迭代求解出固液火箭发动机所需的理论氧化剂质量流量；能够实现固液火箭发动机流量工况设计计算。
在介绍了本申请实施例的应用场景和设计思想之后，下面对本申请实施例提供的技术方案进行说明。
如图2所示，本申请实施例提供了一种基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法，包括：
步骤101：获取每个采样时刻的初始氧化剂质量流量；
此外，本实施例还需要预先获取发动机每个采样时刻的预设推力；获取每个采样时刻的喷管喉部截面积，将发动机的喷管出口面积除以每个采样时刻的喷管喉部截面积，得到每个采样时刻的喷管扩张比；获取固液火箭发动机的比冲效率。
根据采样时间间隔将固体燃料药柱燃烧层肉厚分为n个微元燃烧距离；建立参数化装药结构模型，对装药结构的燃面退移规律与通道面积和燃烧面积规律进行归纳，计算每个采样时刻的药形几何参数，得到第i个采样时刻的通道面积
Figure BDA0003526037670000111
和燃烧面积
Figure BDA0003526037670000112
步骤102：根据每个采样时刻上一迭代次数的氧化剂质量流量，依次计算每个采样时刻的实际推力，其中，第一次迭代中，上一迭代次数的氧化剂质量流量为初始氧化剂质量流量；
在本实施例中，首先根据第j-1迭代次数下的第i个采样时刻的氧化剂质量流量
Figure BDA0003526037670000113
分别计算氧化剂流率、燃速、燃料质量流量和氧燃比：
氧化剂流率
Figure BDA0003526037670000114
为：
Figure BDA0003526037670000115
燃速
Figure BDA0003526037670000116
为：
Figure BDA0003526037670000117
其中，a为指前因子，n为氧化剂流率指数，均为常数；
燃料质量流量
Figure BDA0003526037670000118
为：
Figure BDA0003526037670000119
其中，ρf为燃料密度；
氧燃比
Figure BDA00035260376700001110
为：
Figure BDA00035260376700001111
然后，基于预先建立的三维插值表，通过插值获取氧燃比
Figure BDA00035260376700001112
第i-1个采样时刻的燃烧室压力
Figure BDA00035260376700001113
和第i个采样时刻的喷管扩张比对应的理论特征速度c* i,j和理论比冲；将理论比冲与所述比冲效率相乘，得到实际比冲
Figure BDA0003526037670000121
接着，计算第j迭代次数下的第i个采样时刻的燃烧室压力
Figure BDA0003526037670000122
Figure BDA0003526037670000123
其中，
Figure BDA0003526037670000124
为第i个采样时刻的喷管喉部截面积；
最后，计算第j迭代次数下的第i个采样时刻的实际推力Fi,j：
Figure BDA0003526037670000125
在本实施例中，所述三维插值表的建立步骤包括：
根据推进剂配方，分别确定氧燃比、燃烧室压力及喷管扩张比的取值范围；
按照第一取值间隔从氧燃比取值范围中获取多个氧燃比值；
按照第二取值间隔从燃烧室压力取值范围中获取多个燃烧室压力值；所述第二取值间隔和第一取值间隔相同；
按照第三取值间隔从喷管扩张比取值范围中获取多个喷管扩张比值；
将任一个氧燃比值、任一个燃烧室压力值和任一个喷管扩张比值进行组合，得到一组因变量；
利用热力计算软件计算所述因变量对应的特征速度及比冲；
将所有因变量和对应的特征速度及比冲放入三维插值表。
在本实施例中，基于预先建立的三维插值表，通过插值获取氧燃比
Figure BDA0003526037670000126
第i-1个采样时刻的燃烧室压力
Figure BDA0003526037670000127
和第i个采样时刻的喷管扩张比对应的理论特征速度c* i,j和理论比冲；包括：
从三维插值表中获取与氧燃比
Figure BDA0003526037670000128
第i-1个采样时刻的燃烧室压力
Figure BDA0003526037670000129
和第i个采样时刻的喷管扩张比最接近的两组数据；
利用氧燃比
Figure BDA00035260376700001210
和两组数据中的氧燃比的比例关系，对两组数据中的特征速度和比冲进行插值，得到理论特征速度c* i,j和理论比冲。
步骤103：判断所有采样时刻的实际推力和预设推力之间的关系是否满足迭代结束条件，若不满足，进入步骤104；否则，迭代结束，进入步骤105；
在本实施例中，迭代结束条件为：每个采样时刻的实际推力和预设推力差的绝对值均小于第一阈值，或者，所有采样时刻的实际推力和预设推力差的均方差小于第二阈值。
步骤104：据每个采样时刻的实际推力和预设推力，计算本次迭代的每个采样时刻的氧化剂质量流量，增加迭代次数，进入步骤102；
在本实施例中，根据每个采样时刻的实际推力和预设推力，计算本次迭代的每个采样时刻的氧化剂质量流量，包括：
对于第j次迭代下的第i个采样时刻的氧化剂质量流量
Figure BDA0003526037670000131
为：
Figure BDA0003526037670000132
其中，
Figure BDA0003526037670000133
为第j-1次迭代下的第i个采样时刻的氧化剂质量流量，
Figure BDA0003526037670000134
为第i个采样时刻的初始氧化剂质量流量；F* i为第i个采样时刻的预设推力。
步骤105：将最后一次迭代计算确定的所有采样时刻的氧化剂质量流量，作为对应采样时刻的最佳氧化剂质量流量。
此外，可以根据所有采样时刻的氧化剂质量流量、燃烧室压力和实际推力，绘制氧化剂质量流量曲线mo-t，燃烧室压力曲线pc-t，实际推力曲线F-t等。
基于上述实施例，本申请实施例提供了一种基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算装置，参阅图3所示，本申请实施例提供的基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算装置200至少包括：
获取单元201，用于获取地面热试车试验的每个采样时刻的初始氧化剂质量流量；
循环迭代单元202，用于根据每个采样时刻上一迭代次数的氧化剂质量流量，依次计算每个采样时刻的实际推力，其中，第一次迭代中，上一迭代次数的氧化剂质量流量为初始氧化剂质量流量；判断所有采样时刻的实际推力和预设推力之间的关系是否满足迭代结束条件，如果不满足，则根据每个采样时刻的实际推力和预设推力，计算本次迭代的每个采样时刻的氧化剂质量流量，增加迭代次数，转入迭代步骤；否则，迭代结束；
确定单元203，用于将最后一次迭代计算确定的所有采样时刻的氧化剂质量流量，作为对应采样时刻的最佳氧化剂质量流量。
需要说明的是，本申请实施例提供的基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算装置200解决技术问题的原理与本申请实施例提供的基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法相似，因此，本申请实施例提供的基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算装置200的实施可以参见本申请实施例提供的基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法的实施，重复之处不再赘述。
如图4所示，本申请实施例提供的电子设备300至少包括：处理器301、存储器302和存储在存储器302上并可在处理器301上运行的计算机程序，处理器301执行计算机程序时实现本申请实施例提供的基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法。
本申请实施例提供的电子设备300还可以包括连接不同组件(包括处理器301和存储器302)的总线303。其中，总线303表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线、外围总线、局域总线等。
存储器302可以包括易失性存储器形式的可读介质，例如随机存储器(RandomAccess Memory，RAM)3021和/或高速缓存存储器3022，还可以进一步包括只读存储器(ReadOnly Memory，ROM)3023。
存储器302还可以包括具有一组(至少一个)程序模块3025的程序工具3024，程序模块3025包括但不限于：操作子系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
电子设备300也可以与一个或多个外部设备304(例如键盘、遥控器等)通信，还可以与一个或者多个使得用户能与电子设备300交互的设备通信(例如手机、电脑等)，和/或，与使得电子设备300与一个或多个其它电子设备300进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等)通信。这种通信可以通过输入/输出(Input/Output，I/O)接口305进行。并且，电子设备300还可以通过网络适配器306与一个或者多个网络(例如局域网(Local AreaNetwork，LAN)，广域网(Wide Area Network，WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图4所示，网络适配器306通过总线303与电子设备300的其它模块通信。应当理解，尽管图4中未示出，可以结合电子设备300使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、磁盘阵列(Redundant Arrays of IndependentDisks，RAID)子系统、磁带驱动器以及数据备份存储子系统等。
需要说明的是，图4所示的电子设备300仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。
本申请实施例还提供了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指令，该计算机指令被处理器执行时实现本申请实施例提供的基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法。
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本申请方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法，其特征在于，包括：
获取发动机每个采样时刻的初始氧化剂质量流量；
进入迭代步骤：根据每个采样时刻上一迭代次数的氧化剂质量流量，依次计算每个采样时刻的实际推力，其中，第一次迭代中，上一迭代次数的氧化剂质量流量为初始氧化剂质量流量；判断所有采样时刻的实际推力和预设推力之间的关系是否满足迭代结束条件，如果不满足则根据每个采样时刻的实际推力和预设推力，计算本次迭代的每个采样时刻的氧化剂质量流量，增加迭代次数，转入迭代步骤；否则，迭代结束；
将最后一次迭代计算确定的所有采样时刻的氧化剂质量流量，作为对应采样时刻的最佳氧化剂质量流量。
2.根据权利要求1所述的基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法，其特征在于，在进入迭代步骤之前包括：
获取发动机每个采样时刻的预设推力；
获取每个采样时刻的喷管喉部截面积，将发动机的喷管出口面积除以每个采样时刻的喷管喉部截面积，得到每个采样时刻的喷管扩张比；
获取固液火箭发动机的比冲效率。
3.根据权利要求2所述的基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法，其特征在于，在进入迭代步骤之前包括：
根据采样时间间隔将固体燃料药柱燃烧层肉厚分为n个微元燃烧距离；建立参数化装药结构模型，对装药结构的燃面退移规律与通道面积和燃烧面积规律进行归纳，计算每个采样时刻的药形几何参数，得到第i个采样时刻的通道面积
Figure FDA0003526037660000021
和燃烧面积
Figure FDA0003526037660000022
4.根据权利要求3所述的基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法，其特征在于，根据每个采样时刻的上一迭代次数的氧化剂质量流量，依次计算每个采样时刻的实际推力；包括：
根据第j-1迭代次数下的第i个采样时刻的氧化剂质量流量
Figure FDA0003526037660000023
计算氧化剂流率
Figure FDA0003526037660000024
Figure FDA0003526037660000025
计算燃速
Figure FDA0003526037660000026
Figure FDA0003526037660000027
其中，a为指前因子，n为氧化剂流率指数，均为常数；
计算燃料质量流量
Figure FDA0003526037660000028
Figure FDA0003526037660000029
其中，ρf为燃料密度；
计算氧燃比
Figure FDA00035260376600000210
Figure FDA00035260376600000211
基于预先建立的三维插值表，通过线性插值，获取氧燃比
Figure FDA00035260376600000212
第i-1个采样时刻的燃烧室压力
Figure FDA00035260376600000213
和第i个采样时刻的喷管扩张比对应的理论特征速度c* i,j和理论比冲，将理论比冲与所述比冲效率相乘，得到实际比冲
Figure FDA00035260376600000214
计算第j迭代次数下的第i个采样时刻的燃烧室压力
Figure FDA00035260376600000215
Figure FDA00035260376600000216
其中，
Figure FDA00035260376600000217
为第i个采样时刻的喷管喉部截面积；
计算第j迭代次数下的第i个采样时刻的实际推力Fi,j：
Figure FDA0003526037660000031
5.根据权利要求4所述的基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法，其特征在于，所述三维插值表的建立步骤包括：
根据推进剂配方，分别确定氧燃比、燃烧室压力及喷管扩张比的取值范围；
按照第一取值间隔从氧燃比取值范围中获取多个氧燃比值；
按照第二取值间隔从燃烧室压力取值范围中获取多个燃烧室压力值；所述第二取值间隔和第一取值间隔相同；
按照第三取值间隔从喷管扩张比取值范围中获取多个喷管扩张比值；
将任一个氧燃比值、任一个燃烧室压力值和任一个喷管扩张比值进行组合，得到一组因变量；
利用热力计算软件计算所述因变量对应的特征速度及比冲；
将所有因变量和对应的特征速度及比冲放入三维插值表。
6.根据权利要求5所述的基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法，其特征在于，基于预先建立的三维插值表，通过插值获取氧燃比
Figure FDA0003526037660000032
第i-1个采样时刻的燃烧室压力
Figure FDA0003526037660000033
和第i个采样时刻的喷管扩张比对应的理论特征速度c* i,j和理论比冲；包括：
从三维插值表中获取与氧燃比
Figure FDA0003526037660000034
第i-1个采样时刻的燃烧室压力
Figure FDA0003526037660000035
和第i个采样时刻的喷管扩张比最接近的两组数据；
利用氧燃比
Figure FDA0003526037660000036
和两组数据中的氧燃比的比例关系，对两组数据中的特征速度和比冲进行插值，得到理论特征速度c* i,j和理论比冲。
7.根据权利要求6所述的基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法，其特征在于，根据每个采样时刻的实际推力和预设推力，计算本次迭代的每个采样时刻的氧化剂质量流量，包括：
对于第j次迭代下的第i个采样时刻的氧化剂质量流量
Figure FDA0003526037660000041
为：
Figure FDA0003526037660000042
其中，
Figure FDA0003526037660000043
为第j-1次迭代下的第i个采样时刻的氧化剂质量流量，
Figure FDA0003526037660000044
为第i个采样时刻的初始氧化剂质量流量；F* i为第i个采样时刻的预设推力。
8.根据权利要求1所述的基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法，其特征在于，所述迭代结束条件为：每个采样时刻的实际推力和预设推力差的绝对值均小于第一阈值，或所有采样时刻的实际推力和预设推力差的均方差小于第二阈值。
9.一种基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取发动机每个采样时刻的初始氧化剂质量流量；
循环迭代单元，用于根据每个采样时刻上一迭代次数的氧化剂质量流量，依次计算每个采样时刻的实际推力，其中，第一次迭代中，上一迭代次数的氧化剂质量流量为初始氧化剂质量流量；判断所有采样时刻的实际推力和预设推力之间的关系是否满足迭代结束条件，如果不满足，则根据每个采样时刻的实际推力和预设推力，计算本次迭代的每个采样时刻的氧化剂质量流量，增加迭代次数，转入迭代步骤；否则，迭代结束；
确定单元，用于将最后一次迭代计算确定的所有采样时刻的氧化剂质量流量，作为对应采样时刻的最佳氧化剂质量流量。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-8任一项所述的基于预设推力的固液火箭发动机的内弹道计算方法。
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