固体姿轨控发动机燃气阀型面的实际流量匹配设计方法技术

本发明专利技术公开一种固体姿轨控发动机燃气阀型面的实际流量匹配设计方法，以理论目标流量曲线为基础，结合二分搜索法及泰勒局部展开等递推得到阀杆型面曲线坐标点集，基于阀门实际最大流量修正理论目标流量曲线并得到实际目标流量曲线，采用相同阀杆型面设计方法得到对应阀杆型面坐标点集，通过计算流体动力学仿真得到阀杆位移

【技术实现步骤摘要】
固体姿轨控发动机燃气阀型面的实际流量匹配设计方法


[0001]本专利技术涉及固体姿轨控发动机设计
，具体是一种固体姿轨控发动机燃气阀型面的实际流量匹配设计方法。

技术介绍

[0002]燃气式固体姿控发动机作为动能拦截器的执行机构，具有结构简单、安全可靠等特点，尤其适用于空基、海基等对安全性要求较高的拦截武器系统。固体姿控发动机推力调节很大程度取决于阀门中阀杆几何构型、喷管型面以及阀杆与喷管之间的相对位置。若单个阀门流量随阀杆行程非线性变化，则各阀杆在运动过程中难以保证恒定的阀门总流量，导致燃烧室压强会随之发生变化，大大提高了固体姿轨控发动机推力调节的难度和控制系统的复杂度。因此，亟需开展在给定喷管型面条件下以单个阀门实际流量随阀杆位移高度线性变化为目标的阀门型面优化设计，从而尽可能简化控制系统复杂度。
[0003]目前常用的阀门型面设计方法有：基于已有方案的阀门型面设计：基于与设计要求较为接近的阀门型面设计结果，通过试错法对阀门型面进行人工修型得到能够满足要求的设计方案。此方法简单高效，易于实现，有效避免了复杂运算，但需要具备较高工程项目实践经验的工程师参与，且难以保证设计结果是最优方案，线性度也难以达到要求。
[0004]基于智能优化算法的阀门型面优化设计：把喷管型面和阀杆型面的尺寸参数作为设计变量，以阀杆位移
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阀门等效喉部面积曲线与目标曲线之间的误差为目标函数，基于智能优化算法实现阀门型面优化设计。此方法虽然能够实现阀门型面自动优化设计，且设计结果较为准确。但需构建喷管和阀杆型面参数化模型，并且需要对型面控制参数进行合理规划，参数过少会导致对型面形状的控制有限，难以得到满足线性度要求的设计结果；参数过多则会导致优化模型复杂度高，优化设计的时间成本难以接受，应用于工程实际的难度较大。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术中固体姿轨控发动机燃气阀实现阀杆位移与阀门流量线性化过程中存在的阀门理论流量与实际流量之间有明显差异、阀门最大理论流量无法达到等问题，本专利技术提供一种固体姿轨控发动机燃气阀型面的实际流量匹配设计方法，能够以较高效率实现阀门型面设计，修正了阀门理论流量与实际流量之间的差异，保证了阀杆位移
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阀门流量的线性度满足设计要求，避免了阀杆位移
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理论流量曲线具有高线性度但阀杆位移
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阀门流量曲线无法达到相同线性度的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种固体姿轨控发动机燃气阀型面的实际流量匹配设计方法，包括如下步骤：步骤1，获取喷管型面曲线坐标点集，并初始化流量曲线为理论目标流量曲线；步骤2，基于流量曲线确定对应的等效喉部面积曲线，并基于递推匹配设计方法得
到满足等效喉部面积曲线的阀杆型面曲线坐标点集；步骤3，基于喷管型面曲线坐标点集、阀杆型面曲线坐标点集进行计算流体动力学仿真得到阀门实际最大流量，根据阀门实际最大流量修正理论目标流量曲线并得到实际目标流量曲线，将流量曲线更新为实际目标流量曲线；步骤4，根据更新后的流量曲线得到更新后的阀杆型面曲线坐标点集，再根据喷管型面曲线坐标点集与更新后的阀杆型面曲线坐标点集进行计算流体动力学仿真得到阀杆位移
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阀门流量曲线；步骤5，判断当前的阀杆位移
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阀门流量曲线是否满足收敛条件：若是，则输出当前的阀杆型面曲线坐标点集；否则，根据当前的阀杆位移
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阀门流量曲线与实际目标流量曲线之间的误差更新流量曲线，返回值步骤4继续迭代。
[0007]与现有最好技术相比，本专利技术的优点在于：1．相比于基于已有方案的阀门型面设计，本专利技术设计结果准确度更高；2．相比于基于智能优化算法的阀门型面优化设计，本专利技术设计流程更简单，设计效率更高，能够在低计算成本条件下保证设计结果的线性度。
附图说明
[0008]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
[0009]图1为本专利技术实施例中设计方法的流程图；图2为本专利技术实施例中阀门完全关闭时喷管型面与阀杆型面切点以及平移后的切线与喷管型面构成的最小喉部面积对应的坐标点的示意图；图3为本专利技术实施例中泰勒局部展开斜率搜索示意图；图4为本专利技术实施例的示例中固体姿轨控发动机燃气阀型面示意图；图5为本专利技术实施例的示例中未修正理论目标流量时流量匹配设计结果对比示意图；图6为本专利技术实施例的示例中修正理论目标流量后流量匹配设计结果对比示意图；图7为本专利技术实施例的示例中阀杆型面设计结果对比示意图；图8为本专利技术实施例的示例中阀杆相对行程为8mm时流量匹配设计结果对比示意图；图9为本专利技术实施例的示例中阀杆相对行程为8mm时阀杆型面设计结果对比示意图；本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0010]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0011]需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后
……
）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0012]另外，在本专利技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。在本专利技术的描述中，“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。
[0013]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0014]另外，本专利技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0015]本实施例公开了一种固体姿轨控发动机燃气阀型面的实际流量匹配设计方法，该方法以理论目标流量曲线为基础，结合二分搜索法及泰勒局部展开等递推得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体姿轨控发动机燃气阀型面的实际流量匹配设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，获取喷管型面曲线坐标点集，并初始化流量曲线为理论目标流量曲线；步骤2，基于流量曲线确定对应的等效喉部面积曲线，并基于递推匹配设计方法得到满足等效喉部面积曲线的阀杆型面曲线坐标点集；步骤3，基于喷管型面曲线坐标点集、阀杆型面曲线坐标点集进行计算流体动力学仿真得到阀门实际最大流量，根据阀门实际最大流量修正理论目标流量曲线并得到实际目标流量曲线，将流量曲线更新为实际目标流量曲线；步骤4，根据更新后的流量曲线得到更新后的阀杆型面曲线坐标点集，再根据喷管型面曲线坐标点集与更新后的阀杆型面曲线坐标点集进行计算流体动力学仿真得到阀杆位移
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阀门流量曲线；步骤5，判断当前的阀杆位移
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阀门流量曲线是否满足收敛条件：若是，则输出当前的阀杆型面曲线坐标点集；否则，根据当前的阀杆位移
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阀门流量曲线与实际目标流量曲线之间的误差更新流量曲线，返回步骤4继续迭代。2.根据权利要求1所述的固体姿轨控发动机燃气阀型面的实际流量匹配设计方法，其特征在于，步骤2中，所述基于递推匹配设计方法得到满足等效喉部面积曲线的阀杆型面曲线坐标点集，具体为：步骤2.1，基于二分法计算得到阀门完全关闭时喷管型面与阀杆型面切点；步骤2.2，求解得到喷管型面上点所在切线沿轴负方向平移后与喷管型面构成的最小喉部面积对应的坐标点，将点和点依次加入阀杆型面曲线坐标点集，并初始化递推代数，其中，为计算步长；步骤2.3，获取等效喉部面积曲线中阀杆位移为时的等效喉部面积，基于二分法搜索满足等效喉部面积的阀杆型面局部泰勒展开直线的斜率，并将当前阀杆型面局部泰勒展开直线上与喷管型面构成的最小喉部面积等于等效喉部面积的坐标点作为新的点，并将点加入阀杆型面曲线坐标点集，其中，为阀杆相对行程；步骤2.4，令，判断是否成立：若是，则进入步骤2.5；否则，返回步骤2.3继续迭代；步骤2.5，根据阀杆型面曲线坐标点集中已有的阀杆型面坐标点数据，增加圆心为
，半径为的圆弧，其中，为步骤2.3最后一次迭代时阀杆型面局部泰勒展开直线的斜率，、为步骤2.3最后一次迭代时的点的横、纵坐标值；步骤2.6，将步骤2.5中圆弧上的坐标点集加入阀杆型面曲线坐标点集后，输出阀杆型面曲线坐标点集。3.根据权利要求2所述的固体姿轨控发动机燃气阀型面的实际流量匹配设计方法，其特征在于，步骤2.1中，所述基于二分法计算得到阀门完全关闭时喷管型面与阀杆型面切点，具体为：步骤2.1.1，获取等效喉部面积曲线中阀杆位移为时的等效喉部面积；步骤2.1.2，采用二分法在喷管型面曲线上搜索阀门完全关闭时喷管与阀杆的切点，使其满足如下方程：其中，为在点处与喷管相切的直线沿轴负方向平移后与喷管型面构成的最小喉部面积，即：其中，为喷管型面曲线坐标点集，分别为阀杆型面曲线坐标点集，为喷管型面曲线坐标点集中第n点的横坐标值...

【专利技术属性】
技术研发人员：王政涛，武泽平，杨家伟，张杰，李国盛，张为华，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：