一种液体火箭发动机比冲快速估算方法和装置与流程

：本发明涉及一种液体火箭发动机比冲快速估算方法和装置，特别是涉及一种双组元液体火箭发动机理想比冲快速估算方法和装置，运载火箭总体设计。

背景技术：

1、发展航天，运载先行；发展运载，动力先行。作为运载火箭的核心组成部分，液体火箭发动机发挥着不可替代的作用。比冲作为液体火箭发动机的核心性能参数之一，其高低决定着液体火箭发动机性能高低，因此需要开展液体火箭发动机比冲估算来评估发动机性能。

2、文献“一种卫星发动机比冲在轨计算方法(cn106198033b)”给出了用于变轨的卫星双组元液体火箭发动机比冲在轨计算方法，本质上是从结果出发，基于齐奥尔可夫斯基公式计算在轨比冲，并未根据发动机工作原理计算比冲。该方法需要精确的卫星在轨数据作为支撑，不适用于地面及无法获取在轨数据的情况。

3、文献“一种在线发动机推力和比冲估计方法及系统“(cn108516107b)”给出了一种在线液体火箭发动机推力和比冲估计方法，包括两个步骤，一是根据地面试车结果确定发动机比冲初值，二是通过剔除姿控发动机喷气带来的影响以实时更新比冲初值。该方法需要已知发动机比冲初值，进一步通过步骤二进行更新和修正，本质上属于一种修正方法。其核心在于第二步骤。

4、文献“崔立堃，固体火箭发动机比冲估算及界面程序实现，导弹与航天运载技术，2017年，第六期”给出了一种固体火箭发动机比冲估算方法，计算时首先由热力计算得到燃烧产物的气相组份和凝相组份的百分比、温度等参数，然后将这些参数用于商业软件fluent仿真计算，再将仿真得到的相关参数和热力计算中凝相产物的相关参数一起输入到比冲计算程序中，最后得到预估比冲的值。该方法从火箭发动机自身工作原理出发计算比冲，但过分依赖于热力计算软件和流场仿真软件。

5、通过当前文献可以看出，现有的火箭发动机比冲估算方法过分依赖于商业软件、在轨或地面数据，一是无法快速估算，二是与自编程序接口适应性较差，不利于开展发动机总体性能快速评估与优化，无法快速确定发动机的最佳设计参数。

技术实现思路

1、本发明的目的是为解决液体火箭发动机比冲快速估算的问题，提出了一种液体火箭发动机比冲快速估算方法。

2、本发明方法是通过如下技术方案实现的：

3、第一方面，本公开提供一种液体火箭发动机比冲快速估算方法，包括以下内容：

4、通过热力计算分别得到燃气热值rctc、比热比γ随混合比mr的变化向量；基于所述变化向量，利用最小二乘法拟合得到燃气热值rctc、比热比γ随混合比mr变化的多项式，表示如下：

5、

6、其中，a0，a1l an；b0，b1l bn为拟合系数，n为拟合阶数。

7、获取发动机燃烧室压力pc、混合比mr、喷管出口压力pe、环境压力pa，根据所述多项式估算燃气热值rctc和比热比γ；

8、根据下式估算喷管面积比ε：

9、

10、通过下述公式估算液体火箭发动机比冲isp：

11、

12、第二方面，本公开提供一种液体火箭发动机比冲快速估算装置，包括燃气热值rctc和比热比γ估算模块和液体火箭发动机比冲估算模块，其中，

13、拟合模块，用于基于热力计算分别得到燃气热值rctc、比热比γ随混合比mr的变化向量；基于所述向量，利用最小二乘法拟合得到燃气热值rctc、比热比γ随混合比mr变化的多项式：

14、

15、其中，a0，a1l an；b0，b1l bn为拟合系数，n为拟合阶数；

16、燃气热值rctc和比热比γ估算模块，用于基于所述拟合模块拟合得到的多项式基于给定的混合比mr估算燃气热值rctc和比热比γ；

17、液体火箭发动机比冲估算模块，用于基于燃烧室压力pc、喷管出口压力pe、环境压力pa，和所述燃气热值rctc和比热比γ估算模块估算得到的燃气热值rctc和比热比γ，估算喷管面积比ε以及液体火箭发动机比冲isp；

18、喷管面积比ε通过下式估算：

19、

20、液体火箭发动机比冲isp通过下式估算：

21、

22、第三方面，本公开提供一种电子设备，包括：

23、至少一个处理器；以及，

24、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。

25、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。

26、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。

27、有益效果

28、对比现有技术，本发明的有益之处在于，不依赖于商业软件和外部参数，仅对物性参数进行精确拟合，最大程度保留计算过程的物理意义，能够快速对液体火箭发动机比冲进行估算，便于开展火箭发动机系统总体方案参数优化。

技术特征：

1.一种液体火箭发动机比冲快速估算方法，其特征在于：包括以下内容：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：基于燃烧效率ηc和喷管效率ηn利用下述公式估算实际比冲：

3.一种液体火箭发动机比冲快速估算装置，其特征在于：包括拟合模块、燃气热值rctc和比热比γ估算模块和液体火箭发动机比冲估算模块，其中，

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：还包括实际比冲估计模块，用于基于燃烧效率ηc和喷管效率ηn利用下述公式估算实际比冲：

5.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时使处理器执行权利要求1-2中任一项所述的方法。

技术总结
本公开涉及一种一种液体火箭发动机比冲快速估算方法和装置，属于运载火箭总体设计技术领域。本公开对于给定的发动机，通过热力计算分别得到燃气热值R<subgt;c</subgt;T<subgt;c</subgt;、比热比γ随混合比MR的变化向量；基于所述变化向量，利用最小二乘法拟合得到燃气热值R<subgt;c</subgt;T<subgt;c</subgt;、比热比γ随混合比MR变化的多项式；获取发动机燃烧室压力p<subgt;c</subgt;、混合比MR、喷管出口压力p<subgt;e</subgt;、环境压力p<subgt;a</subgt;，和所述多项式估算得到的燃气热值R<subgt;c</subgt;T<subgt;c</subgt;和比热比γ，估算喷管面积比ε以及液体火箭发动机比冲Isp。本公开方法，不依赖于商业软件和外部参数，仅对物性参数进行精确拟合，最大程度保留计算过程的物理意义，能够快速对液体火箭发动机比冲进行估算，便于研究人员开展火箭发动机系统总体方案参数优化，促进航天总体事业的快速发展。

技术研发人员：崔朋,谭胜,刘阳,刘鹰,朱雄峰,谭云涛,韩秋龙,雍子豪,谷建光,王铁兵,王一杉
受保护的技术使用者：中国人民解放军63921部队
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27