基于Modelica的液体火箭发动机系统建模与仿真研究

发布时间：2024-02-01 07:37

　　液体火箭发动机是一种复杂的热流体动力学系统,涉及到流体、燃烧、传热、化学反应等多种学科领域,多领域耦合已成为现代发动机的一个显著特征。当前发动机建模与仿真研究很少涉及全系统多领域,难以考虑不同组件和不同领域的耦合关系,同时在继承性、拓展性和兼容性等方面还有待进一步提高。Modelica语言是目前盛行的一种多领域物理系统建模语言,已经广泛应用于各类涉及多领域复杂系统的建模与仿真。本文基于Modelica语言设计开发了液体火箭发动机组件模型库,开展了液氧甲烷发动机起动过程和液氢液氧发动机故障模式下工作过程动态仿真研究。首先建立了液体火箭发动机典型组件的动力学模型。其中,离心泵模型采用Suter全特性表达式,克服了起动时零转速和非零流量的计算问题;涡轮模型中效率采用截距为零的多项拟合式表示,解决了起动时零转速下的计算难题;转子模型考虑起动摩擦力矩的影响,能有效分析不同力矩下发动机的工作状况。在推力室模型中考虑燃烧区域的长度、圆柱段及喷管边界层厚度变化和流动加速性等实际情况对燃气侧传热的影响,在巴兹法基础上,通过添加相关修正系数,建立了修正的巴兹法。基于通用化、模块化建模思想,在OpenMod...

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2.2转子动力学模型流程图

学模型泵通过转子连接起来，涡轮提供动力，通过转子带动离发现仿真人员一般忽略转动摩擦的影响，建立的转子动tpTPAddtJωττ=转矩，pτ为泵转矩，TPAJ为涡轮泵组件的转动惯量。过程中，转动摩擦不可避免，涡轮存在起动摩擦力矩τ动摩擦力矩才能带动转子转动，从而带动....

图2.3甲烷涡轮泵测试系统

中国航天科技集团公司第一研究院硕士学位论文2.1.4涡轮泵模型验证计算图2.3是根据本章涡轮泵动力学模型，在OpenModelica平台上搭建的某型号发动机甲烷涡轮泵的测试模型，以验证涡轮泵模型的正确性。为简洁起见，采用高温高压燃气直接推动涡轮的形式，测试的主要参数设置....

图3.1推进剂物性模型

建多领域耦合模型。域系统而言，其来自不同领域的子系统间具有能量转化与传同类型的模型接口，导致不同领域的模型无法直接连接起来型的连接问题，模型开发者需要建立一种包含多种类型接口示实际物理系统不同领域之间的能量转化。此外，当前Mo库，能够描述电气、机械、热力学、控制等多领域模型或组....

图3.2燃气热物性模型

中国航天科技集团公司第一研究院硕士学位论文2）通过二维插值表间接计算。由于每种推进剂组合的燃烧温度、特征速度和燃物性，只与燃烧压力和混合比相关，可以将热力性能参数用燃烧压力和混合比的二维值表的方式表示。这种方法的优点是，仿真计算效率高、迭代时间非常短；不足之处是为获得比冲性能，需....

本文编号：3891790