[发明专利]基于Modelica模型的航天器推进系统动态分析方法

摘要

本发明公开了一种基于Modelica模型的航天器推进系统动态分析方法，其包括以下步骤1）确定模型目标；2）构建概念模型；3）系统分解；4）建立基础模型；5）设计连接器；6）建立组件模型；7）建立介质模型；8）建立系统模型和9）开展仿真分析。该方法将航天器推进系统建模仿真理论和Modelica技术体系相结合，采用面向对象的陈述式方法构建推进系统的动态模型。本发明的非因果特性使得建模工程师无需对推进系统进行解耦，不指定模型的输入输出变量和方程求解顺序，在求解时仿真系统会根据方程系统数据流环境确定方程求解顺序，这样有效地降低推进系统动态模型构建的难度和复杂度，提高模型的重用性和扩展性。

主权项

基于Modelica模型的航天器推进系统动态分析方法，其特征在于，包括以下步骤：1）确定模型目标：根据航天器推进系统动态分析的任务，确定推进系统模型的目标和扩展用途，明确通过模型能获得的信息和模型不需要考虑的信息；2）构建概念模型：所述概念模型是推进系统的原理框图，用于辅助分析所述航天器推进系统主要现象的原理和机制，帮助工程师全面了解物理系统，反映建模思路；3）系统分解：首先进行组件分解，根据所述航天器推进系统结构的物理边界和模型假设，将所述航天器推进系统分解为典型组件；4）建立基础模型：划分基础模型和组件模型的原则是以简单的模型为起点，根据需求逐渐增加模型的复杂度，所述航天器推进系统模型库的主要基础模型包括容积模型、流动模型和传热模型，所述容积模型表示流体的能量守恒和质量守恒属性，所述流动模型表示流体的动量守恒属性，所述传热模型表示流体与固体表面的传热属性；5）设计连接器：组件通过所述连接器与相连的组件交互通讯，所述连接器应该使组件连接变得简单自然，对于物理组件模型的连接器，必须在物理上能够连接组件，所述连接器有流体连接器、热连接器、平动机械连接器和转动机械连接器，所述连接器的变量分为两种，即流变量和势变量；同类型的连接器可以根据需要自由连接，流变量和势变量遵守广义基尔霍夫定律，连接会生成非因果的连接方程，无需指定求解顺序；6）建立组件模型：所述航天器推进系统的每个组件模型都以面向对象的陈述式推进系统建模方法单独建立，不依赖于外界环境，首先将组件的物理模型转化为以方程表达的数学模型，然后将所述数学模型转化为合理的数值模型，给定合理的边界条件和初始值，所述数值模型是可以直接仿真的，最后采用Modelica语言将所述数值模型加以实现，得到组件模型，将所述组件模型以模型库进行管理，得到航天器推进系统模型库；7）建立介质模型：利用Modelica模型的多重继承以及重声明机制，将流体物性模型与设备模型进行分离建模，设备模型内含有何种流体在设备模型使用时方可确定；8）建立系统模型：根据所述航天器推进系统的拓扑结构，将所述组件模型进行组合和连接，建立一种实际的推进系统的模型，对其进行仿真研究，对比仿真结果与系统预期理论特性，并根据仿真结果对系统模型进行调整，直到符合理论要求；9）开展仿真分析：系统模型验证完成后，根据航天器推进系统动态分析的任务要求，开展相关的仿真分析，通过模型获取所需的信息和知识。