本發(fā)明屬于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，涉及火箭級(jí)間分離建壓過程平均壓力的天地一致性評(píng)估方法。

背景技術(shù)：

1、作為多級(jí)火箭飛行過程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，上下級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)級(jí)間分離順利執(zhí)行是保證飛行成功的重要條件。為了確保所設(shè)計(jì)的分離方案能夠使飛行試驗(yàn)獲得圓滿成功，必須通過地面試驗(yàn)對(duì)分離方案進(jìn)行考核。其中，針對(duì)級(jí)間熱分離方案，目前普遍采用的地面試驗(yàn)方法包括采用真實(shí)技術(shù)狀態(tài)產(chǎn)品的系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)方法，以及最近提出的利用爆轟激波風(fēng)洞模擬發(fā)動(dòng)機(jī)噴流強(qiáng)沖擊的試驗(yàn)方法。在系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)中，上面級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)和伺服機(jī)構(gòu)、分離系統(tǒng)均采用箭上產(chǎn)品狀態(tài)，通過發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火、堵片打開等動(dòng)作產(chǎn)生真實(shí)的內(nèi)部燃?xì)鈬娏鳝h(huán)境，而外部試驗(yàn)環(huán)境可以選取為開放式試驗(yàn)場地或者更加接近飛行狀態(tài)的真空試驗(yàn)艙中。而在爆轟激波風(fēng)洞試驗(yàn)中，級(jí)間段殼體以及分離火工品等基本接近真實(shí)產(chǎn)品狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)噴流產(chǎn)生的內(nèi)部環(huán)境可通過調(diào)節(jié)起爆室裝藥量和起爆方式來進(jìn)行等效模擬，外部試驗(yàn)環(huán)境一般為開放式試驗(yàn)場地。

2、然而，上述兩種地面試驗(yàn)方式雖因?yàn)槭苤朴谠囼?yàn)條件，無法對(duì)飛行過程中的內(nèi)部環(huán)境和外部環(huán)境同時(shí)進(jìn)行真實(shí)模擬?，F(xiàn)有工程實(shí)踐中，由于缺乏可靠的理論指導(dǎo)，尚未有一種先驗(yàn)的、能夠支撐地面試驗(yàn)方案中內(nèi)部環(huán)境和外部環(huán)境模擬方式的參數(shù)制定方法，難以對(duì)試驗(yàn)方案開展天地一致性評(píng)估（即地面模擬裝置中試驗(yàn)環(huán)境與飛行試驗(yàn)環(huán)境一致性的評(píng)估），使得地面試驗(yàn)方案的等效性主要依賴設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)和基于數(shù)值仿真的數(shù)據(jù)分析，導(dǎo)致了試驗(yàn)次數(shù)增加、周期延長和研制成本的增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：針對(duì)現(xiàn)有級(jí)間熱分離地面模擬裝置方式無法同時(shí)真實(shí)模擬內(nèi)部噴流環(huán)境和外部環(huán)境的約束，克服現(xiàn)有工程實(shí)踐中缺乏先驗(yàn)性天地一致性評(píng)估方法的不足，提出一種火箭級(jí)間分離建壓過程平均壓力的天地一致性評(píng)估方法，實(shí)現(xiàn)地面試驗(yàn)方案中內(nèi)部環(huán)境和外部環(huán)境的飛行狀態(tài)等效模擬，使地面試驗(yàn)?zāi)軌蚝侠眚?yàn)證多級(jí)火箭飛行試驗(yàn)中級(jí)間熱分離的真實(shí)建壓過程。

2、本發(fā)明解決技術(shù)的方案是：火箭級(jí)間分離建壓過程平均壓力的天地一致性評(píng)估方法，包括以下步驟：

3、s1、針對(duì)火箭級(jí)間分離建壓過程，計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)飛行試驗(yàn)狀態(tài)級(jí)間分離建壓過程近似值，得到建壓過程中的特征時(shí)間、溫度上升段和溫度平穩(wěn)段的壓力上升速度比例系數(shù)，進(jìn)而得到溫度上升段和溫度平穩(wěn)段的壓力上升速度；

4、s2、調(diào)整地面模擬裝置運(yùn)行參數(shù)，使其在確定的爆轟氣體產(chǎn)物總焓條件下，出口段流量與總焓的乘積接近飛行試驗(yàn)狀態(tài)，得到試驗(yàn)所需的出口流量；

5、s3、根據(jù)步驟s2得到的出口流量，評(píng)估火箭發(fā)動(dòng)機(jī)地面模擬裝置建壓過程壓力上升速度，與步驟s1得到的飛行試驗(yàn)狀態(tài)的壓力上升速度比較，確認(rèn)地面模擬裝置的壓力上升過程與飛行試驗(yàn)狀態(tài)的差異在工程應(yīng)用偏差要求以內(nèi)；

6、s4、評(píng)估地面模擬裝置工作環(huán)境，直到滿足工程應(yīng)用一致性；

7、s5、在步驟s4的基礎(chǔ)上，評(píng)估地面模擬裝置建壓過程壓力上升速度相比飛行試驗(yàn)狀態(tài)的過考核程度，確認(rèn)過考核程度在工程應(yīng)用偏差要求以內(nèi)，避免對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)品造成破壞。

8、進(jìn)一步的，發(fā)動(dòng)機(jī)飛行試驗(yàn)狀態(tài)的建壓過程中的特征時(shí)間計(jì)算方法如下：

9、

10、為初始密度，為腔內(nèi)體積，為建壓過程發(fā)動(dòng)機(jī)出口流量，和分別為燃?xì)馀c空氣的氣體常數(shù)；特征時(shí)間表示溫度達(dá)到平穩(wěn)的持續(xù)時(shí)間。

11、進(jìn)一步的，發(fā)動(dòng)機(jī)飛行試驗(yàn)狀態(tài)的溫度上升段和溫度平穩(wěn)段的壓力上升速度比例系數(shù)計(jì)算方法如下：

12、，

13、為發(fā)動(dòng)機(jī)飛行試驗(yàn)狀態(tài)的溫度上升段的壓力上升速度比例系數(shù)，為發(fā)動(dòng)機(jī)飛行試驗(yàn)狀態(tài)的溫度平穩(wěn)段的壓力上升速度比例系數(shù)，為發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)獾亩ㄈ荼葻幔瑸榭諝獾亩ㄈ荼葻帷?/p>

14、進(jìn)一步的，發(fā)動(dòng)機(jī)飛行試驗(yàn)狀態(tài)的溫度上升段和溫度平穩(wěn)段的壓力上升速度計(jì)算方法如下：

15、溫度上升段的壓力上升速度：

16、

17、溫度平穩(wěn)段的壓力上升速度：

18、

19、其中，為發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)總焓大小， k為熱損失經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

20、進(jìn)一步的，步驟s2所述的試驗(yàn)所需的出口流量，計(jì)算方法如下：

21、在已知出口段爆轟氣體產(chǎn)物總焓的條件下，調(diào)整地面模擬裝置出口段總壓，使其滿足以下關(guān)系：

22、

23、為爆轟氣體產(chǎn)物的比熱比，為火箭級(jí)間分離地面模擬裝置建壓過程溫度上升段的壓力上升速度比例系數(shù)，為地面模擬裝置噴管喉部面積；

24、根據(jù)得到的出口段總壓，選取地面模擬裝置運(yùn)行參數(shù)，包括裝藥量、裝藥方式和點(diǎn)火順序，在選取的參數(shù)下，通過查找試驗(yàn)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)關(guān)系表，評(píng)估級(jí)間分離模擬試驗(yàn)建壓過程地面模擬裝置的出口流量。

25、進(jìn)一步的，地面模擬裝置建壓過程壓力上升速度計(jì)算方法如下：

26、計(jì)算火箭級(jí)間分離地面模擬裝置建壓過程特征時(shí)間：

27、

28、為爆轟氣體產(chǎn)物的氣體常數(shù)；

29、計(jì)算火箭級(jí)間分離地面模擬裝置建壓過程溫度上升段和溫度平穩(wěn)段的壓力上升速度比例系數(shù)和：

30、，

31、為爆轟氣體產(chǎn)物的定容比熱；

32、對(duì)于溫度上升段，?壓力上升速度如下：

33、

34、對(duì)于溫度平穩(wěn)段，壓力上升速度如下：

35、。

36、進(jìn)一步的，確認(rèn)地面模擬裝置的壓力上升過程與飛行試驗(yàn)狀態(tài)的差異在工程應(yīng)用偏差要求以內(nèi)，具體如下：

37、比較飛行試驗(yàn)狀態(tài)和地面模擬裝置溫度平穩(wěn)段壓力上升速度，確認(rèn)其偏差值不超過工程應(yīng)用偏差要求，如未能滿足工程應(yīng)用偏差要求，對(duì)出口流量按±2%的幅度進(jìn)行微調(diào)，直到地面模擬裝置溫度平穩(wěn)段壓力上升速度與飛行試驗(yàn)狀態(tài)溫度平穩(wěn)段壓力上升速度在工程應(yīng)用偏差要求內(nèi)。

38、進(jìn)一步的，評(píng)估地面模擬裝置工作環(huán)境的方法如下：

39、s41，根據(jù)一維變截面絕熱定常流動(dòng)關(guān)系式，計(jì)算火箭級(jí)間分離地面模擬裝置發(fā)動(dòng)機(jī)噴管出口參數(shù)，包括地面模擬裝置中發(fā)動(dòng)機(jī)噴管出口處的壓力、密度；

40、s42，根據(jù)蘭金-雨貢紐關(guān)系，計(jì)算火箭級(jí)間分離地面模擬裝置建壓過程初始時(shí)刻沖擊波波速和波后氣體運(yùn)動(dòng)速度：

41、

42、其中、分別為試驗(yàn)環(huán)境中的初始?jí)毫兔芏龋?/p>

43、s43，評(píng)估初始沖擊波的“沖擊波-接觸間斷-膨脹波”三波結(jié)構(gòu)在飛行試驗(yàn)狀態(tài)和地面模擬裝置試驗(yàn)中的定量區(qū)別：計(jì)算初始時(shí)刻沖擊波波速和波后氣體運(yùn)動(dòng)速度的差值

44、

45、若滿足：

46、

47、則火箭級(jí)間分離地面模擬裝置對(duì)飛行試驗(yàn)狀態(tài)的偏差滿足工程應(yīng)用中天地一致性要求；否則，對(duì)試驗(yàn)裝置環(huán)境參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，降低試驗(yàn)環(huán)境中的初始?jí)毫兔芏龋匦聢?zhí)行步驟s42~s43。

48、進(jìn)一步的，評(píng)估地面模擬裝置建壓過程壓力上升速度相比飛行試驗(yàn)狀態(tài)的過考核程度，方法如下：

49、根據(jù)火箭級(jí)間分離建壓過程壓力上升速度和飛行試驗(yàn)分離時(shí)序所實(shí)現(xiàn)的建壓過程總時(shí)間，評(píng)估飛行試驗(yàn)級(jí)間分離建壓過程中壓力最大值：

50、

51、根據(jù)級(jí)間分離地面模擬裝置建壓過程壓力上升速度和地面模擬試驗(yàn)建壓過程總時(shí)間，評(píng)估地面模擬試驗(yàn)中壓力最大值：

52、

53、比較地面模擬試驗(yàn)中壓力最大值和級(jí)間分離建壓過程中壓力最大值，計(jì)算地面模擬試驗(yàn)過考核程度，以表示；

54、若過考核程度和在產(chǎn)品工程應(yīng)用要求范圍內(nèi)，則地面模擬試驗(yàn)的過考核程度被接受，否則不被接受。

55、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述的計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述火箭級(jí)間分離建壓過程平均壓力的天地一致性評(píng)估方法的步驟。

56、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

57、（1）本發(fā)明由于采用兩段線性上升建壓過程近似模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多級(jí)火箭級(jí)間分離建壓過程壓力上升速度的特征參數(shù)分析和定量評(píng)估方法，實(shí)現(xiàn)了基于建壓過程理論模型的天地一致性評(píng)估流程。相比現(xiàn)有工程實(shí)踐中依賴后驗(yàn)結(jié)果的瓶頸，在滿足工程應(yīng)用偏差允許的前提下，更為準(zhǔn)確、有效地評(píng)估地面模擬裝置內(nèi)部流動(dòng)過程與飛行試驗(yàn)的一致性，能夠有效地支撐地面試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行環(huán)境的等效模擬。

58、（2）本發(fā)明由于采用基于沖擊波前后參數(shù)關(guān)系的理論模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多級(jí)火箭級(jí)間分離建壓過程沖擊波流動(dòng)的特征參數(shù)分析和定量評(píng)估方法，實(shí)現(xiàn)了基于沖擊波波系模型的天地一致性評(píng)估流程。相比現(xiàn)有工程實(shí)踐中依賴后驗(yàn)結(jié)果的瓶頸，在滿足工程應(yīng)用偏差允許的前提下，更為準(zhǔn)確、有效地評(píng)估地面模擬裝置外部試驗(yàn)環(huán)境與飛行試驗(yàn)的一致性，能夠有效地支撐地面試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行環(huán)境的等效模擬。