[发明专利]基于Modelica的常温推进剂充填管路模型构建方法

说明书

本发明涉及一种模型构建方法，具体涉及基于Modelica的常温推进剂充填管路模型构建方法；解决现有常温推进剂充填管路的计算方法无法考虑气体压缩性的影响，不能满足液体火箭发动机起动过程动态仿真准确性的技术问题。该基于Modelica的常温推进剂充填管路模型构建方法，包括根据液体火箭动力系统中的真实充填物理过程和Modelica建模规范，确定状态变量和关键参数，建立连接器，构建概念模型，将管路沿流向平均分为N段网格，构建空间偏导处理模块，将连接器、空间偏导处理模块及控制方程模块组合成为仿真模型；采用常温推进剂仿真模型进行验证，并记录验证数据；将仿真模型的验证数据与相应实验数据进行对比，根据对比结果对仿真模型进行修正与校核。

技术领域

本发明涉及一种模型构建方法，具体涉及基于Modelica的常温推进剂充填管路模型构建方法。

背景技术

在航天推进系统的起动过程中，常温液体推进剂供应管路中气体的存在通常会使得系统动力学特性变得难以预测。气体的压缩性具有贮存和释放能量的功能，特别对于液体推进器中的快速充填等瞬态流动而言。目前在进行常温推进剂的充填计算时均不考虑气体压缩性的影响，这种计算方法在管路为真空状态的情况下具有较好的拟真度，但是多数情况下，特别对于挤压式发动机，待充填管路均预存有环境变化大气时，则原有的计算方法得到的结果与实际差别较大，因而现有针对常温推进剂充填过程的特性研究手段多以试验为主。

随着航天发射任务在数量上和质量上的逐年提高，新型液体动力的研制进度也在逐渐加快，现有的依赖试验的研究方法已远远不能满足新型液体动力的研制速度，因此就推进剂充填而言，需要建立一种拟真度较高的仿真手段和预测方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有常温推进剂充填管路的计算方法无法考虑气体压缩性的影响，不能满足液体火箭发动机起动过程动态仿真准确性的技术问题，而提供基于Modelica的常温推进剂充填管路模型构建方法，根据气体压缩性引起的流动和波动，研究常温推进剂快速强迫充填过程中的水击形成机理，进行常温推进剂充填管路模型的构建，提升液体火箭发动机系统动力学精度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

基于Modelica的常温推进剂充填管路模型构建方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

S1)根据液体火箭动力系统中的真实充填物理过程和Modelica建模规范，确定状态变量和关键参数；

所述关键参数包括网格分段数N，N为大于1的自然数；

S2)建立连接器

S2.1)依据面向对象的模块化建模原则确定传递变量；

S2.2)通过Modelica语言规范将传递变量组合为连接器；

S3)构建概念模型

S3.1)简化充填过程的气液界面为垂直于流动方向的气液界面；

S3.2)构建概念模型，所述概念模型包括：压力方程、动量方程、充填率方程、气液混合物声速方程及气液混合物密度方程；

压力方程为：

动量方程为：

充填率方程为：

气液混合物声速方程为：

气液混合物密度方程：ρ＝αρ_L+(1-α)ρ_g；

式中：