(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111531213.3 (22)申请日 2021.12.14 (71)申请人 西安航天动力研究所 地址 710100 陕西省西安市航天基地飞 天 路289号 (72)发明人 汪广旭　谭永华　于涵　陈建华　 杨宝娥　洪流　 (74)专利代理 机构 西安智邦专利商标代理有限 公司 6121 1 代理人 赵逸宸 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06T 17/00(2006.01) G16C 10/00(2019.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 113/14(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 用于撞击式喷注器喷注分区的稳定性分析 方法 (57)摘要 本发明具体涉及一种用于撞击式喷注器喷 注分区的稳定性分析方法， 用于解决现有的零维 和一维工程分析方法无法满足实际工程需求的 问题。 本发明步骤如下： 步骤1， 对燃烧室进行径 向分区， 得到N个燃烧区边界圆的直径di‑mid； 步 骤2， 对步骤1中的各燃烧区建立相对应的流管模 型， 并得到各燃烧区的平均释热速率Qi_t； 同时， 选取各燃烧区相对的敏感时滞τi_s以及相互作 用指数ni； 步骤3， 针对不同燃烧区分别构 建时滞 类的燃烧响应函数Qi_e， 步骤4， 将步骤 4中得到的 Qi_e代入到声学求解器中， 最终得到包含实部和 虚步的复频率。 本发明能够在考虑多种因素的情 况下快速进行稳定性计算。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 114282318 A 2022.04.05 CN 114282318 A 1.用于撞击式喷注器喷注分区的稳定性分析 方法， 其特 征在于， 所述 步骤如下： 步骤1， 对燃烧室进行径向分区， 得到N个燃烧区边界圆的直径di‑mid， 其中i为燃烧区编 号， i＝1， 2…， N， N为奇数； 步骤2， 对步骤1中的各燃烧区建立相对应的流管模型， 并得到各燃烧区的平均释热速 率Qi_t； 同时， 选取 各燃烧区相对的敏感时滞 τi_s以及相互作用指数ni； 步骤3， 针对不同燃烧区分别构建时滞类的燃烧响应函数Qi_e， 其具体形式如下： 其中， 为燃烧室平均压力， 各燃烧区该值均一 致； 为燃烧室脉动压力值； Qi_t为第i燃烧区平均释热速率； τi_s为第i燃烧区的敏感时滞； ni为第i燃烧区的相互作用指数； e‑iω τ i_s项中e为自然常数， ω为角频率， ω＝2 ×π×f， f为频率； 为集中释热区域的体积， di‑mid为第i燃烧区边界圆直径的大 小,h为集中燃烧区域的圆形薄片的厚度； 步骤4， 将步骤4中得到的Qi_e代入到声学求解器中， 最终得到包含实部和虚步的复频 率。 2.根据权利要求1所述的用于撞击式喷注器喷注分区的稳定性分析 方法， 其特 征在于： 步骤1中所述对燃烧区进行径向分区具体如下： 燃烧室安装的自击 式喷注器由内向外设置有奇数圈喷注类型， 喷注类型为燃料 ‑燃料‑ 氧化剂‑氧化剂‑燃料‑燃料‑氧化剂， 除了中心一对燃料喷嘴外， 其余六圈喷嘴依次构成径 向三个燃烧区， 各燃烧 区边界圆直径di‑mid＝(di‑n+di‑w)/2， 其中di‑mid为两圈喷嘴的中间直 径， di‑n为内圈喷 嘴分布圆直径， di‑w为外圈喷 嘴分布圆直径。 3.根据权利要求2所述的用于撞击式喷注器喷注分区的稳定性分析 方法， 其特 征在于： 步骤2中， 所述各燃烧区的平均释热速率 Qi_t具体计算过程如下： 步骤2.1， 依据自燃推进剂多流管耦合模型， 建立 不同燃烧区的流管模型； 步骤2.2， 通过步骤2.1建立的各燃烧区的流管模型， 获取各燃烧区内的推进剂液滴蒸 发燃烧速率的峰值 位置， 从而得到各燃烧区推进剂液滴的集中燃烧位置； 步骤2.3， 通过步骤2.1建立的各燃烧区的流管模型， 计算各燃烧区内推进剂液滴蒸发 燃烧过程所需要的蒸发时间， 根据各自燃烧区的蒸发时间长短， 判断不 易挥发组元的成分； 步骤2.4采用化学热力学平衡计算软件CEA， 根据燃烧室室压和各燃烧区氧化剂流量与 燃料流量的比值， 确定各燃烧区的平均燃气参数； 所述平均燃气参数包括燃气平均比热 Cpi_gas和燃气平均温度Ti_gas， 其中， i为燃烧区编号； 步骤2.5根据下式计算各燃烧区总的平均释热速率 Qi_t：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114282318 A 2Qi_t＝qi×Cpi_gas×(Ti_gas‑T0) 其中， qi为第i个燃烧区的推进剂流量， T0为推进剂初始温度， 对于自燃推进剂， T0即为 常温， 各燃烧区推进剂初始温度一 致。 4.根据权利要求1 ‑3任一所述的用于撞击式喷注器喷注分区的稳定性分析方法， 其特 征在于： 步骤2中， 得到各燃烧区相互作用指数ni具体如下： 将各燃烧区不易挥发组元对应喷注孔的喷注直径代入到相应图中， 近似得到各燃烧区 相相互作用指数ni。 5.根据权利要求 4所述的用于撞击式喷注器喷注分区的稳定性分析 方法， 其特 征在于： 步骤2中， 得到各燃烧区相对的敏感时滞 τi_s具体为： 将各燃烧区不易挥发组元对应喷注孔的喷注直径代入到敏感时滞的NASA经验拟合直 线图中， 近似得到各燃烧区相对应敏感时滞 τi_s； 或者， 将步骤2.3中获得的蒸发时间的20％作为敏感时滞 τi_s。 6.根据权利要求5所述的用于撞击式喷注器喷注分区的稳定性分析 方法， 其特 征在于： 所述步骤4具体如下： 步骤5.1， 将步骤3中得到的各燃烧响应函数分别施加到相应的Com sol求解器中； 步骤5.2， 对于 Comsol求解器进行燃气参数的设置； 步骤5.3， 通过Comsol求解器对分区后的燃烧室进行网格划分， 确保最大网格尺度小于 所求解最大频率、 最小 波长的1/10； 步骤5.4， 求解得到包含实部和虚步的复频率， 其中实部为实际的不稳定频率， 虚步的 负值代表增长率。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114282318 A 3