液体火箭发动机流量调节器流动-运动部件耦合仿真方法及装置

本申请涉及液体火箭发动机系统仿真领域，具体而言，涉及一种液体火箭发动机流量调节器各部件的耦合仿真方法及装置。

背景技术：

1、大推力液体火箭发动机的推力调节技术是未来空间发展的关键技术，推力调节技术可以促进可重复使用运载火箭的发展，提高运载火箭的任务适应性。流量调节器是液体火箭发动机实现推力调节的核心部件，数值仿真是流量调节器动态特性评估的主要手段。对于液体火箭发动机流量调节器，目前的数值仿真模型以一维仿真模型为主，通过将容腔和阀口等效为流容和流阻进行建模。此外，现有技术包括三维数值仿真模型，通过对结构进行大幅度简化，来建立流量调节器的三维数值仿真模型。

2、然而，一维模型对液体火箭发动机流量调节器的动态特性进行评估存在精度不足、非线性现象表征能力不足、结构复杂性表征能力不足等问题。经过大幅度简化的三维数值仿真模型同样存在计算精度不足、非线性现象表征能力不足等问题。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的在于提供一种液体火箭发动机流量调节器流动-运动部件耦合仿真方法及装置，解决了现有技术存在的计算精度不足、非线性现象表征能力不足等问题。

2、第一方面，提供了一种液体火箭发动机流量调节器流动-运动部件耦合仿真方法，该方法可以包括：

3、基于流量调节器的工作原理和流量调节器中各流动-运动部件间的结构信息，建立流量调节器的三维几何模型；

4、按照预设的自由度运动方向，对所述三维几何模型中的流体域进行划分，得到多个子流体域；

5、采用笛卡尔网格法，对各子流体域进行网格划分，得到相应的网格流体域；

6、基于划分完成的网格、相应网格的边界、设计参数和各设计指标参数，构建数值仿真模型；设计指标参数用于表征相应网格流体域的动态性能；

7、将配置的各设计参数输入所述数值仿真模型进行计算，得到各设计参数在相应时刻的设计指标。

8、在一个可选的实现中，基于流量调节器的工作原理和流量调节器中各流动-运动部件间的结构信息，建立流量调节器的三维几何模型，包括：

9、基于流量调节器的工作原理，对流量调节器中各流动-运动部件间的结构信息进行分析，得到所述各流动-运动部件各位置的受力特征数据；

10、基于各流动-运动部件间的结构信息和相应各位置的受力特征数据，建立流量调节器的三维几何模型。

11、在一个可选的实现中，预设的自由度运动方向包括三个不同的自由度方向。

12、在一个可选的实现中，按照预设的自由度运动方向，对所述三维几何模型中的流体域进行划分，得到多个子流体域，包括：

13、基于所述各流动-运动部件各位置的受力特征数据，确定所述流体域的边界形变位置；

14、按照预设的自由度运动方向，在所述边界形变位置设置分割面，得到多个子流体域。

15、在一个可选的实现中，所述数值仿真模型包括ns方程组、动网格方程、滑套运动学方程和滑套摩擦力方程。

16、在一个可选的实现中，得到各设计参数在相应时刻的设计指标之后，所述方法还包括：

17、基于各设计参数在不同时刻的参数值和相应的设计指标参数的指标值，生成不同时刻下不同设计参数与相应设计指标间的变化曲线；

18、显示生成的变化曲线。

19、第二方面，提供了一种液体火箭发动机流量调节器流动-运动部件耦合仿真装置，该装置可以包括：

20、建立单元，用于基于流量调节器的工作原理和流量调节器中各流动-运动部件间的结构信息，建立流量调节器的三维几何模型；

21、划分单元，用于按照预设的自由度运动方向，对所述三维几何模型中的流体域进行划分，得到多个子流体域；

22、以及，采用笛卡尔网格法，对各子流体域进行网格划分，得到相应的网格流体域；

23、构建单元，用于基于划分完成的网格、相应网格的边界、设计参数和各设计指标参数，构建数值仿真模型；设计指标参数用于表征相应网格流体域的动态性能；

24、输入单元，用于将配置的各设计参数输入所述数值仿真模型进行计算，得到各设计参数在相应时刻的设计指标。

25、在一个可选的实现中，所述建立单元，具体用于：

26、基于流量调节器的工作原理，对流量调节器中各流动-运动部件间的结构信息进行分析，得到所述各流动-运动部件各位置的受力特征数据；

27、基于各流动-运动部件间的结构信息和相应各位置的受力特征数据，建立流量调节器的三维几何模型。

28、第三方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

29、存储器，用于存放计算机程序；

30、处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述第一方面中任一所述的方法步骤。

31、第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中任一所述的方法步骤。

32、本申请提供的液体火箭发动机流量调节器流动-运动部件耦合仿真方法可以基于流量调节器的工作原理和流量调节器中各流动-运动部件间的结构信息，建立流量调节器的三维几何模型；按照预设的自由度运动方向，对三维几何模型中的流体域进行划分，得到多个子流体域；采用笛卡尔网格法，对各子流体域进行网格划分，得到相应的网格流体域；基于不同网格流体域涉及的各设计参数和各设计指标参数，构建数值仿真模型；设计指标参数用于表征相应网格流体域的动态性能；将配置的各设计参数在各时刻的参数值，输入数值仿真模型，得到各设计参数在相应时刻的参数值对应的设计指标参数的指标值。该方法可针对负反馈调节机构进行了建模，新增了负反馈调节机构的动网格模型、运动学模型和摩擦力模型，对于流量调节器的动态特性更为准确，解决了现有技术存在的计算精度不足、非线性现象表征能力不足等问题。

技术特征：

1.一种液体火箭发动机流量调节器流动-运动部件耦合仿真方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于流量调节器的工作原理和流量调节器中各流动-运动部件间的结构信息，建立流量调节器的三维几何模型，包括：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，预设的自由度运动方向包括三个不同的自由度方向。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，按照预设的自由度运动方向，对所述三维几何模型中的流体域进行划分，得到多个子流体域，包括：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数值仿真模型包括ns方程组、动网格方程、滑套运动学方程和滑套摩擦力方程。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，得到各设计参数在相应时刻的设计指标之后，所述方法还包括：

7.一种液体火箭发动机流量调节器流动-运动部件耦合仿真装置，其特征在于，所述装置包括：

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述建立单元，具体用于：

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一所述的方法。

技术总结本申请涉及液体火箭发动机系统仿真领域，提供了液体火箭发动机流量调节器流动‑运动部件耦合仿真方法及装置，该方法基于流量调节器的工作原理和流量调节器中各流动‑运动部件间的结构信息，建立流量调节器的三维几何模型；按照预设的自由度运动方向，对三维几何模型中的流体域进行划分，得到多个子流体域，并得到相应的网格流体域；基于不同网格流体域涉及的各设计参数和各设计指标参数，构建数值仿真模型；将配置的各设计参数在各时刻的参数值，输入数值仿真模型，得到各设计参数在相应时刻的参数值对应的设计指标参数的指标值。该方法解决了现有技术存在的计算精度不足、非线性现象表征能力不足等问题。技术研发人员：金平,许健,尚现伟,郭文君,张强,曲衍哲,蔡国飙受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25