[发明专利]采用偏置且斜切结构喷管的固体发动机内弹道计算方法

权利要求书

1.采用偏置且斜切结构喷管的固体发动机内弹道计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、利用三个截面，将喷管划分为三段，其中：0-0截面表示喷管斜切部分初始端截面；将喷管斜切出口平面与喷管扩张段轴线交点定义为交点1，过交点1与截面0-0平行的喷管所在截面定义为截面1-1；2-2截面表示喷管斜切部分末端截面；

步骤2、计算喷管上0-0截面以前的部分的燃气推力F₀；

步骤3、计算喷管上0-0截面与1-1截面之间区域的燃气推力，具体为：

S31、将0-0截面和1-1截面之间区域等分为n份，其中n＞2；

S32、燃气在第i和i+1截面之间产生的沿着喷管轴向的推力为：其中，和分别表示燃气到i截面和到i+1截面产生的喷管轴向推力；i＝1,2…,n；

则与i截面和i+1截面之间喷管壁面产生的轴向推力之间的关系为：

式中，表示在i截面和i+1截面之间的壁面上单位微元面积产生的喷管轴向推力；表示在i和i+1截面之间壁面上单位微元面积产生的垂直于喷管壁面的力；表示在i和i+1截面之间的壁面上单位微元面积产生的垂直于喷管轴向的力；

对(6)式进行变形，得到：

其中，β表示喷管的扩张半角；

燃气在i截面和i+1截面之间产生的垂直于喷管壁面的力大小为：

作用在i截面和i+1截面之间喷管壁面单位圆周长度上的压力为：

式中，R_i+1/2表示i截面和i+1截面中间截面的半径；

S33、在计算垂直于喷管轴向的力时，针对两截面之间的任意一个截面x，将该截面x划分为如下三个区域：截面x上喷管轴线左侧部分为S3区域，截面x上喷管轴线右侧且与S3区域对称的区域为S2区域，截面x上除S2、S3区域以外的区域定义为S1区域；

则燃气实际有效作用在S1区域的喷管壁面的垂直于喷管轴向的力表示为：

式中，δ表示截面x对应的半圆周角；γ表示S2区域或者S3区域对应的半圆周角；表示微元面积的角度；

S34、在i截面和i+1截面之间产生的喷管轴向推力为：

则在0-0截面与1-1截面之间产生的燃烧室轴向力为：

其中，α表示燃烧室轴线与喷管轴线之间的夹角，即为偏置角；

在0-0截面与1-1截面之间产生的垂直于燃烧室轴向力为：

步骤4、采用步骤3的方法，计算喷管上1-1截面与2-2截面之间燃气推力具体为：

将1-1截面与2-2截面之间区域进行m份等分，m＞2；在j和j+1截面之间产生的垂直于喷管轴向的力和喷管轴向推力分别为：

其中，j＝1,2…,m；δ′表示1-1截面与2-2截面之间区域内截面的半圆周角；

在1-1截面与2-2截面之间产生的燃烧室轴向力为：

在1-1截面与2-2截面之间产生的垂直于燃烧室轴向力为：

步骤5、推力及推力偏斜角计算：

燃烧室轴向推力表示为：

F_x＝F_0x+F_01x+F_12x (18)

其中，F_0x表示喷管上0-0截面以前的沿燃烧室轴向推力；

垂直于燃烧室轴向的推力表示为：

F_y＝F_0y+F_01y+F_12y (19)

其中，F_0y表示喷管上0-0截面以前的垂直燃烧室轴向推力；

发动机的推力偏斜角θ为：

2.如权利要求1所述的采用偏置且斜切结构喷管的固体发动机内弹道计算方法，其特征在于，所述步骤2中，喷管的0-0截面以前的部分的燃气推力为：F₀＝η·C_Fth·P_c·A_t；

则对应的轴向推力和垂直于轴向的推力分别为：

F_0x＝F₀·cosα (4)

F_0y＝F₀·sinα (5)

其中，η表示发动机效率；C_Fth表示理论推力系数；P_c表示工作压强；A_t表示喷管喉部面积。