一种发动机喷焰光谱辐射强度的计算方法和计算装置与流程

1.本发明实施例涉及辐射强度计算技术领域，特别涉及一种发动机喷焰光谱辐射强度的计算方法、装置及存储介质。


背景技术：

2.在发动机的设计和性能试验中，需要计算发动机喷焰光谱的辐射强度。
3.现有技术中，在计算发动机喷焰光谱的辐射强度时，需要经过发动机喷焰流场计算和辐射强度计算两个环节，辐射强度的计算需要依赖于喷焰流场计算输出的流场参数，因此，在获取辐射强度时，需要花费较长的时间。
4.因此，目前亟待需要一种发动机喷焰光谱辐射强度的计算方法和装置来解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种发动机喷焰光谱辐射强度的计算方法和计算装置，能够快速计算出发动机喷焰光谱的辐射强度。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种发动机喷焰光谱辐射强度的计算方法，包括：
7.确定发动机主要输入参数的输入值以及所述发动机的目标飞行高度；
8.获取预先针对所述目标飞行高度和所述主要输入参数生成的拟合公式；所述拟合公式用于表征喷焰光谱辐射强度与所述主要输入参数的映射关系；
9.将所述主要输入参数的输入值代入所述拟合公式中，计算得到与所述飞行高度对应的喷焰光谱辐射强度。
10.在一中可能的设计中，所述获取预先针对所述飞行高度和所述主要输入参数生成的拟合公式，包括：
11.根据所述主要输入参数获取第一预设个数的参数组合；所述参数组合包括每一个所述主要输入参数分别对应的样本输入值；
12.针对所述目标飞行高度，计算每一个参数组合分别对应的喷焰光谱辐射强度，将每一个参数组合与对应喷焰光谱辐射强度分别确定为样本对，得到所述第一预设个数的样本对；
13.利用所述第一预设个数的样本对，对预先构建的由所述喷焰光谱辐射强度和所述主要输入参数组成的多元线性回归方程中的未知参数进行求解，得到所述目标飞行高度下，所述喷焰光谱辐射强度和所述主要输入参数的拟合公式。
14.在一中可能的设计中，所述根据所述主要输入参数获取第一预设个数的参数组合，包括：
15.确定每一个主要输入参数分别对应的取值范围；
16.在每一个主要输入参数的取值范围内，采用插值法，分别获取第二预设个数的数值作为对应输入参数的样本输入值；
17.将获取的每一个输入参数的样本输入值进行组合，得到所述第一预设个数的参数组合。
18.在一中可能的设计中，所述针对所述目标飞行高度，计算每一个参数组合分别对应的喷焰光谱辐射强度，包括：
19.将所述目标飞行高度和每一个所述参数组合分别输入所述发动机的喷焰流场模型，计算出与每一个所述参数组合分别对应的喷焰流场参数；
20.将计算出的每一个喷焰流场参数分别输入辐射强度计算软件，计算出每一个所述参数组合分别对应的喷焰光谱辐射强度。
21.在一中可能的设计中，其特征在于，所述主要输入参数包括：
22.所述发动机的推进剂、腔室压力p和飞行速度v；其中，所述推进剂包括氧化剂ap、铝粉al和粘合剂预聚物htpb。
23.在一中可能的设计中，所述对预先构建的由所述喷焰光谱辐射强度和所述输入参数组成的多元线性回归方程中的未知参数进行求解，得到所述目标飞行高度下，所述喷焰光谱辐射强度和所述输入参数的拟合公式，包括：
24.构建由所述喷焰光谱辐射强度i和所述主要输入参数组成的多元线性回归方程：i＝w0ap+w1al+w2htpb+w3p+w4v；
25.式中，w0～w4为偏置项，ap、al、htpb、p和v分别表示氧化剂、铝粉、粘合剂预聚物、腔室压力和飞行速度的参数值；
26.利用所述第一预设个数的样本对，采用最小二乘法迭代更新计算每一个所述偏置项，直至每一个所述偏置项的变化值小于预设值；
27.将最终获得的每一个所述偏置项w0～w4带入所述多元线性回归方程，得到所述喷焰光谱辐射强度和所述主要输入参数的拟合公式。
28.在一中可能的设计中，所述喷焰光谱为2-5μm。
29.第二方面，本发明实施例还提供了一种发动机喷焰光谱辐射强度的计算装置，包括：
30.确定模块，用于确定发动机主要输入参数的输入值以及所述发动机的目标飞行高度；
31.获取模块，用于获取预先针对所述目标飞行高度和所述主要输入参数生成的拟合公式；所述拟合公式用于表征喷焰光谱辐射强度与所述主要输入参数的映射关系；
32.计算模块，用于将所述主要输入参数的输入值代入所述拟合公式中，计算得到与所述飞行高度对应的喷焰光谱辐射强度。
33.第三方面，本发明实施例还提供了一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本说明书任一实施例所述的方法。
34.第四方面，本发明实施例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，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行本说明书任一实施例所述的方法。
35.本发明实施例提供了一种发动机喷焰光谱辐射强度的计算方法和计算装置，首先确定发动机主要输入参数的输入值以及发动机的目标飞行高度；然后获取预先针对所述目
标飞行高度和所述主要输入参数生成的拟合公式；其中，所述拟合公式用于表征喷焰光谱辐射强度与所述主要输入参数的映射关系；最后将所述主要输入参数的输入值代入所述拟合公式中，计算得到与所述飞行高度对应的喷焰光谱辐射强度。本方案能够快速计算出发动机某一飞行高速和主要输入参数下喷焰光谱的辐射强度。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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获得其他的附图。
37.图1是本发明一实施例提供的一种发动机喷焰光谱辐射强度的计算方法流程图；
38.图2是本发明一实施例提供的构建针对某一飞行高度和主要输入参数生成的拟合公式的流程图；
39.图3是本发明一实施例提供的本技术方法计算出的辐射强度与预估结果的归一化对比图；
40.图4是本发明一实施例提供的本技术方法计算出的辐射强度与预估结果的偏差图；
41.图5是本发明一实施例提供的一种计算设备的硬件架构图；
42.图6是本发明一实施例提供的一种发动机喷焰光谱辐射强度的计算装置结构图。
43.说明：图5中，“*”为使用本技术方法计算出的辐射强度值，
“×”
为预估的辐射强度值。
具体实施方式
44.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.如前所述，现有技术中，在计算发动机喷焰光谱的辐射强度时，需要经过发动机喷焰流场计算和辐射强度计算两个环节，辐射强度的计算需要依赖于喷焰流场计算输出的流场参数，因此，在获取辐射强度时，需要花费较长的时间。
46.因此，为了解决上述技术问题，可以考虑找出发动机喷焰光谱辐射强度与主要输入参数的映射关系，进而确定出由喷焰光谱辐射强度和主要输入参数组成的多元线性回归方程，以快速计算出喷焰光谱辐射强度。
47.下面描述以上构思的具体实现方式。
48.请参考图1，本发明实施例提供了一种发动机喷焰光谱辐射强度的计算方法，该方法包括：
49.步骤100，确定发动机主要输入参数的输入值以及发动机的目标飞行高度；
50.步骤102，获取预先针对目标飞行高度和主要输入参数生成的拟合公式；拟合公式用于表征喷焰光谱辐射强度与主要输入参数的映射关系；
51.步骤104，将主要输入参数的输入值代入拟合公式中，计算得到与飞行高度对应的喷焰光谱辐射强度。
52.本发明实施例中，首先确定发动机主要输入参数的输入值以及发动机的目标飞行高度；然后获取预先针对目标飞行高度和主要输入参数生成的拟合公式；最后将主要输入参数的输入值代入拟合公式中，计算得到与飞行高度对应的喷焰光谱辐射强度。该实施例提供的方法能够快速计算出发动机某一飞行高速和主要输入参数下喷焰光谱的辐射强度。
53.下面描述图1所示的各个步骤的执行方式。
54.首先，针对步骤100，当需要计算某一发动机喷焰的辐射强度时，需要首先确定发动机的目标飞行高度，然后进一步确定该发动机的主要输入参数，最后，获取与该飞行高度对应的拟合公式。
55.然后，针对步骤102，请参照图2，可以通过如下一种方式构建针对某一飞行高度和主要输入参数生成的拟合公式：
56.步骤200：根据主要输入参数获取第一预设个数的参数组合；其中，该参数组合包括每一个主要输入参数分别对应的样本输入值。
57.具体地，可以通过下述方式确定主要输入参数的第一预设个数的参数组合：
58.确定每一个主要输入参数分别对应的取值范围；
59.在每一个主要输入参数的取值范围内，采用插值法，分别获取第二预设个数的数值作为对应输入参数的样本输入值；
60.将获取的每一个输入参数的样本输入值进行组合，得到所述第一预设个数的参数组合。
61.举例来说，假设a、b参数分别为某一发动机的主要输入参数，其取值范围分别为20％～40％、40％～60％，那么在这两个参数的取值范围内，可以使用插值法，分别获取10个数值(即第二预设个数)，那么对a参数，可以取22％、24％、26％、28％、30％、32％、34％、36％、48％、40％作为样本输入值，对b参数，可以取42％、44％、46％、48％、50％、52％、54％、56％、58％、50％作为样本输入值；最后将a参数和b参数的样本输入值进行排列组合，可以得到100个参数组合。如此，可以保证选取的样本输入值和得到的参数组合能够均匀的覆盖每个参数的取值范围，从而由该参数组合获得的辐射强度样本更具有普遍适用性。
62.可以理解的是,对于每一个主要输入参数在进行取值时,取值间隔越小,得到的样本输入值越多,那么得到的参数组合越具有代表性,由此拟合得到的公式越精确,但是计算量大也越大。在实际取值中，用户可以根据对精度的要求自行确定取值密度，不申请不做具体限定。另外，采用差值法进行取值是一种优选方式，本技术并不以此为限。
63.步骤202：针对目标飞行高度，计算每一个参数组合分别对应的喷焰光谱辐射强度，将每一个参数组合与对应喷焰光谱辐射强度分别确定为样本对，得到第一预设个数的样本对。
64.具体地，可以通过下述方式确定目标飞行高度下，每一个参数组合分别对应的喷焰光谱辐射强度：
65.将目标飞行高度和每一个参数组合分别输入发动机的喷焰流场模型，计算出与每一个参数组合分别对应的喷焰流场参数；
66.将计算出的每一个喷焰流场参数分别输入辐射强度计算软件，计算出每一个参数
组合分别对应的喷焰光谱辐射强度。
67.在该实施例中，通过发动机的喷焰流场模型，可以准确计算出每一个参数组合下的喷焰流场参数，然后将该流场参数作为强度计算的输入，可以计算出每一个参数组合分别对应的喷焰光谱辐射强度，即样本对，作为后期求解多元线性回归方程的输入。
68.步骤204：利用第一预设个数的样本对，对预先构建的由喷焰光谱辐射强度和主要输入参数组成的多元线性回归方程中的未知参数进行求解，得到目标飞行高度下，由喷焰光谱辐射强度和主要输入参数组成的拟合公式。
69.在该实施例中，通过使用样本对求解多元线性回归方程，得到由喷焰光谱辐射强度和主要输入参数组成的拟合公式，该拟合公式对主要输入参数取值范围内的任意输入值具有适用性，能够快速计算出与待计算参数相对应的辐射强度。
70.在一些实施方式中，发动机的主要输入参数包括：
71.发动机的推进剂、腔室压力p和飞行速度v；其中，推进剂包括氧化剂ap、铝粉al和粘合剂预聚物htpb。
72.在该实施例中，对发动机的主要输入参数进行了限定，使得方案更加清晰明确。具体地，推进剂是由氧化剂ap、铝粉al和粘合剂预聚物htpb组成的三组元推进剂，根据工程应用能够确定三种组分的配方比例为：氧化剂ap含量在70％左右，铝粉al含量在8％～20％左右，粘合剂预聚物htpb含量在10％左右；飞行高度0-30km；飞行速度v取值范围为200-900m/s，燃烧腔室压力p的取值范围为60-130atm。
73.下面，以该五种主要输入参数为例，说明本技术确定组合参数、计算每一个参数组合分别对应的喷焰光谱辐射强度和确定每一个参数组合与对应喷焰光谱辐射强度组成的样本对的过程：
74.首先，确定每一个主要输入参数分别对应的取值范围：
75.氧化剂ap含量的取值范围65％-75％；
76.铝粉al含量的取值范围8％-20％；
77.粘合剂预聚物htpb含量的取值范围8-12％；
78.腔室压力p取值范围60-130atm；
79.飞行速度v取值范围200-900m/s；
80.然后，在该取值范围内，对这五个参数按照
±
20％的取值范围进行插值，得到m组输入参数ap(i)、al(i)、htpb(i)、p(i)、v(i)；其中，i为从1到m的自然数；
81.最后，将这五组参数进行排列组合，得到n组参数组合f(j)＝(ap(j)，al(j)，htpb(j)，p(j)，v(j))；其中，j为从1到n的自然数。
82.确定好这n组参数组合后，再确定出发动机的飞行高度，将n组参数组合和飞行高度分别代入发动机喷焰流场及辐射计算软件，计算得到n组发动机喷焰在该飞行高度下的辐射强度i，单位为w/sr，即得到由每一个参数组合与对应喷焰光谱辐射强度组成的样本对。
83.样本对确定之后，针对步骤204，在一些实施方式中，包括：
84.构建由喷焰光谱辐射强度i和主要输入参数组成的多元线性回归方程：
85.i＝w0ap+w1al+w2htpb+w3p+w4v；
ꢀꢀꢀ
(1)
86.式中，w0～w4为偏置项，ap、al、htpb、p和v分别表示氧化剂、铝粉、粘合剂预聚物、腔
室压力和飞行速度的参数值；
87.利用第一预设个数的样本对，采用最小二乘法迭代更新计算每一个偏置项，直至每一个偏置项的变化值小于预设值；
88.将最终获得的每一个偏置项w0～w4带入多元线性回归方程，得到喷焰光谱辐射强度和主要输入参数的拟合公式。
89.在求解拟合公式时，可以首先将p、al、htpb、p、v看作变量x0、x1、x2、x3、x4，则公式(1)可以写成：
90.i＝w0x0+w1x1+w2x2+w3x3+w4x4ꢀꢀꢀꢀ
(2)
91.采用最小二乘法，设：
[0092][0093]
其中，α为学习率，用于控制权重wj的更新速度，i
′(i)为拟合辐射强度值，单位w/sr，x
j(i)
为n＝i时，xj的数值，i＝1，2，3......n，i＝1，2，3，4。
[0094]
更新迭代wj，当更新前后wj基本不再变化后，认为偏置项wj已经处于收敛状态，可以停止迭代更新过程；
[0095]
此时，将计算得到的偏置项w0～w4代入公式(1)，即得到了辐射强度与输入参数ap、al、htpb、p、v的拟合公式。
[0096]
利用该拟合公式，可以快速计算出给定参数组合下喷焰光谱的辐射强度。
[0097]
在一些实施方式中，发动机喷焰光谱为2～5μm，该光谱范围为发动机的主要喷焰范围，在该范围内求取拟合公式，具有更大的工程应用价值，当然，本技术不不以此为限。
[0098]
下面，为了说明本技术发动机喷焰光谱辐射强度计算方法的准确性，本技术给出了发动机飞行高度为20km时，对100个主要输入参数组合，使用本技术方法计算出的辐射强度与预估结果的归一化对比图，如图3和图4所示，从图3可以看出，使用本方法计算出的辐射强度和预估结果相差无几，从图4可以看出，使用本方法计算出的辐射强度和预估结果的偏差范围为-11.65％～14％，平均偏差为4.46％。
[0099]
由此可知，使用本技术方法计算出的辐射强度具有较高的准确性，因此，可以利用拟合公式的方法，快速计算发动机喷焰光谱的辐射强度。
[0100]
如图5、图6所示，本发明实施例提供了一种发动机喷焰光谱辐射强度的计算装置。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。从硬件层面而言，如图5所示，为本发明实施例提供的一种发动机喷焰光谱辐射强度的计算装置所在计算设备的一种硬件架构图，除了图5所示的处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的计算设备通常还可以包括其他硬件，如负责处理报文的转发芯片等等。以软件实现为例，如图6所示，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在计算设备的cpu将非易失性存储器中对应的计算机程序读取到内存中运行形成的。本实施例提供的一种发动机喷焰光谱辐射强度的计算装置，包括：
[0101]
确定模块300，用于确定发动机主要输入参数的输入值以及发动机的目标飞行高度；
[0102]
获取模块302，用于获取预先针对目标飞行高度和主要输入参数生成的拟合公式；拟合公式用于表征喷焰光谱辐射强度与主要输入参数的映射关系；
[0103]
计算模块304，用于将主要输入参数的输入值代入拟合公式中，计算得到与飞行高度对应的喷焰光谱辐射强度。
[0104]
在本发明实施例中，确定模块300可用于执行上述方法实施例中的步骤100，获取模块302可用于执行上述方法实施例中的步骤102，计算模块304可用于执行上述方法实施例中的步骤104。
[0105]
在本发明一个实施例中，获取模块302，用于执行如下操作：
[0106]
根据主要输入参数获取第一预设个数的参数组合；参数组合包括每一个主要输入参数分别对应的样本输入值；
[0107]
针对目标飞行高度，计算每一个参数组合分别对应的喷焰光谱辐射强度，将每一个参数组合与对应喷焰光谱辐射强度分别确定为样本对，得到第一预设个数的样本对；
[0108]
利用第一预设个数的样本对，对预先构建的由喷焰光谱辐射强度和主要输入参数组成的多元线性回归方程中的未知参数进行求解，得到目标飞行高度下，由喷焰光谱辐射强度和主要输入参数组成的拟合公式。
[0109]
可以理解的是，本发明实施例示意的结构并不构成对一种发动机喷焰光谱辐射强度的计算装置的具体限定。在本发明的另一些实施例中，一种发动机喷焰光谱辐射强度的计算装置可以包括比图示更多或者更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件、软件或者软件和硬件的组合来实现。
[0110]
上述装置内的各模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
[0111]
本发明实施例还提供了一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本发明任一实施例中的一种发动机喷焰光谱辐射强度的计算方法。
[0112]
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例中的一种发动机喷焰光谱辐射强度的计算方法。
[0113]
具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或cpu或mpu)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。
[0114]
在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。
[0115]
用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如cd-rom、cd-r、cd-rw、dvd-rom、dvd-ram、dvd-rw、dvd+rw)、磁带、非易失性存储卡和rom。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。
[0116]
此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。
[0117]
此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展模块中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展模块上的cpu等来执行部分和全部实际操作，从而
实现上述实施例中任一实施例的功能。
[0118]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
…”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
[0119]
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。
[0120]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。