一种开式膨胀循环发动机变工况参数估计方法、装置制造方法及图纸

本公开涉及一种开式膨胀循环发动机变工况参数估计方法、装置，属于液体火箭发动机总体方案设计技术领域。包括：基于发动机设计参数和基准工况参数：推力室的室压p

【技术实现步骤摘要】
一种开式膨胀循环发动机变工况参数估计方法、装置


[0001]本公开涉及液体火箭发动机中膨胀循环发动机总体方案设计
，特别涉及一种开式膨胀循环发动机变工况参数估计方法、装置。

技术介绍

[0002]循环方式作为液体火箭发动机最重要的技术特点之一，直接决定了其性能高低、适用范围及相应技术方案。膨胀循环作为液体火箭发动机三大典型循环之一，与另外两种循环方式（燃气发生器循环、补燃循环）相比，具有一定优势。相比燃气发生器循环，作为闭式循环，一方面没有燃气发生器等复杂热力组件，另一方面没有未充分做功的燃气浪费，比冲性能较高。相比补燃循环，没有预燃室等复杂热力组件，结构简单。
[0003]尽管膨胀循环方式存在一定优势，但缺陷也较为明显。文献（并联式电热协同增压变推力火箭发动机方案研究. 载人航天, 2020, 26(6): 702
‑
9.）指出，在该方式中，推进剂从冷却通道中吸热，然后驱动涡轮做功，最终进入燃烧室燃烧，相比燃烧后产生的高温高压燃气而言，吸热后的推进剂做功能力有限，且涡轮压比不宜过大，因此膨胀循环发动机室压较低，推力较小，主要应用于上面级中，无法在运载火箭的芯级或助推中使用。
[0004]开式膨胀循环方案，作为一种新循环方式，通过有效提升涡轮压比，进一步增大涡轮做功能力，能够有效解决膨胀循环发动机推力小的问题。在该循环方式中，大部分推进剂（液氢等）经过主阀后直接进入推力室，少部分推进剂经过冷却通道后，吸热变成高温高压气体，驱动涡轮后直接排入到大气中。
[0005]为深入了解开式膨胀循环发动机，明晰其性能参数（各关键节点状态参数（流量、压力、温度）及涡轮和泵的功率）随工况参数的变化规律，需要开展不同工况下性能参数计算，以获得不同工况下（非额定工况）发动机性能参数。文献（崔朋, 李清廉, 成鹏, 等. 液氧甲烷膨胀循环变推力发动机系统方案对比研究 [J]. 国防科技大学学报, 2020, 42(3): 106
‑
15.）给出了膨胀循环发动机的变工况性能参数计算方法，获得了性能参数随室压和混合比的变化规律。然而，现有文献中鲜有关于开式膨胀循环发动机的变工况参数计算方法，无法开展变工况下性能参数影响因素分析，不能获得室压、混合比及流量占比等工况参数变化情况下的性能参数变化规律，阻碍了相关学者进一步对开式膨胀循环发动机快速开展总体方案优化设计和结构参数优化设计，甚至直接影响开式膨胀循环方式在液体火箭发动机领域的应用。

技术实现思路

[0006]本公开的目的是为全部或部分解决上述技术问题，提供一种开式膨胀循环发动机变工况参数估计方法，以快速获得工况参数变化情况下的开式膨胀循环发动机节点状态参数分布。
[0007]本公开的目的是通过以下技术方案实现的。
[0008]第一方面，本公开提供一种开式膨胀循环发动机变工况参数估计方法，包括基于
发动机设计参数和基准工况参数：推力室的室压p
c0
、混合比MR0、流量占比0和冷却通道出口温度T
rc0
计算当前工况冷却通道出口温度T
rc
；基于发动机设计参数和当前工况参数，以涡轮泵功率匹配为条件通过调整涡轮压比进行节点状态参数估计。
[0009]第二方面，本公开提供一种开式膨胀循环发动机变工况参数估计装置，包括：输入模块，用于获取发动机设计参数、基准工况参数和当前工况参数；冷却通道出口温度T
rc
计算模块，用于基于发动机设计参数和基准工况参数：推力室的室压p
c0
、混合比MR0、流量占比0和冷却通道出口温度T
rc0
计算当前工况冷却通道出口温度T
rc
；节点状态估计模块，用于基于发动机设计参数和当前工况参数，以涡轮泵功率匹配为条件进行节点状态参数估计。
[0010]第三方面，本公开提供一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行第一方面任一实施例所述的方法。
[0011]第四方面，本公开提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时使处理器执行第一方面任一实施例所述的方法。
[0012]第五方面，本公开提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时使处理器执行第一方面任一实施例所述的方法。
[0013]有益效果本公开提供的开式膨胀循环发动机变工况参数估计方法，能够基于已有工况快速获得当前工况冷却通道出口温度，进而以涡轮泵功率匹配为条件快速进行节点状态参数估计，以实现对开式膨胀循环发动机性能参数变化规律分析；便于对发动机进行总体方案设计和参数优化，以便后续开展开式膨胀循环发动机部组件（如涡轮、泵、推力室等）的结构参数设计。
附图说明
[0014]图1为本公开实施例提供的一种开式膨胀循环发动机变工况参数估计方法示意图；图2为本公开实施例提供的一种开式膨胀循环发动机结构示意图；图3为本公开实施例提供的一种开式膨胀循环发动机参数估计方法示意图；图4为本公开实施例提供的一种开式膨胀循环发动机基准工况状态参数分布示意图；图5为本公开实施例提供的一种开式膨胀循环发动机当前工况状态参数分布示意图；图6为本公开实施例提供的一种电子设备结构示意图。
具体实施方式
[0015]以下将结合附图所示的具体实施方式对本公开进行详细描述。但这些实施方式并
不限于本公开，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本公开的保护范围内。
[0016]在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0017]为对本公开实施例的目的、技术方案和优点进行说明，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述。
[0018]图1是本公开提供的一种开式膨胀循环发动机变工况参数估计方法，基于图2所示开式膨胀循环发动机，该发动机包括燃料涡轮2、燃料泵1、燃料阀门3、冷却通道5、喷注器7、燃烧室6、喷管4、氧化剂涡轮10、氧化剂泵9、氧化剂阀门8。燃料经过燃料泵1加压通过燃料阀门3分成两路，一路进入冷却通道5从燃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开式膨胀循环发动机变工况参数估计方法，其特征在于：包括：基于发动机设计参数和基准工况参数：推力室的室压p
c0
、混合比MR0、流量占比0和冷却通道出口温度T
rc0
估计当前工况冷却通道出口温度T
rc
；基于发动机设计参数和当前工况参数，以涡轮泵功率匹配为条件通过调整涡轮压比进行节点状态参数估计。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述当前工况冷却通道出口温度T
rc
通过下式计算：；其中，T
rcin
为冷却通道入口温度，为基准工况涡轮功质流量，为基准工况推力室推进剂流量，为当前工况推力室推进剂流量，p
c
为当前工况推力室压力，为当前工况涡轮功质流量。3.基于权利要求1所述的方法，其特征在于：所述基于发动机设计参数和当前工况参数，以涡轮泵功率匹配为条件通过调整涡轮压比进行节点状态参数估计包括：基于发动机的当前工况推力室压力p
c
、推力室混合比MR和喷管出口压力p
e
计算推力室比冲I
spc
；基于发动机推力F、MR、发动机的推力室流量占比和I
spc
通过下式计算推力室氧化剂流量、燃料流量和涡轮功质流量：初始化燃料涡轮压比π
f
和氧化剂涡轮压比π
ox
；计算燃料泵功率，基于T
rc
计算燃料涡轮功率，将燃料泵和燃料涡轮功率进行对比，若不匹配，调整燃料涡轮压比，重复本段内容直至燃料泵和燃料涡轮功率匹配；计算氧化剂泵和氧化剂涡轮功率并对比，若不匹配，调整氧化剂涡轮压比，重复本段内容直至氧化剂泵和氧化剂涡轮功率匹配。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述初始化燃料涡轮压比和氧化剂涡轮压比为根据预设值或输入值初始化。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔朋，王铁兵，刘阳，刘鹰，谭云涛，周城宏，朱雄峰，雍子豪，韩秋龙，王一杉，谭胜，谷建光，李晨阳，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九二一部队，
类型：发明
国别省市：