(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 202111294025.3 (22)申请日 2021.11.03 (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 王丹　陈宏玉　刘占一　张睿文　 李舒欣　李晨沛　任孝文　 (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 王杨洋 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于Modelica语言的液体火箭发动机动态 仿真介质库构建方法 (57)摘要 本发明涉及液体 火箭发动机系统仿真， 主要 涉及一种基于Modelica语言的液体火箭发动机 动态仿真介质库构建方法， 其目的是解决现有液 体火箭发动机动态仿真中缺少能够涵盖液体火 箭发动机 涉及的各类介质的介质库构建方法， 仅 需在参数面板选择介质， 即可实现物 性的一键导 入的技术问题。 该方法通过在动态仿真模型库中 建立完备的介质库， 涵盖液体 火箭发动机涉及的 各类介质， 且仅需在参数面板选择介质， 实现组 件物性的一键导入， 使 得物性库与组件模型库剥 离， 实现了液体火箭发动机动态特性仿真， 操作 便捷省时， 并可使仿真结果更加可靠， 为后续的 发动机方案改进和新型号研制提供参 考。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 114021250 A 2022.02.08 CN 114021250 A 1.一种基于Modelica语言的液体火箭发动机动态仿真介质库构建方法， 其特征在于， 包括以下步骤： 1)分三层建立物性库： 第一层为数据层， 用于存储介质在标准环境下的物性； 所述数据层包含四类基础数据， 分别为液体数据、 气体数据、 燃烧产物数据和固体火药 数据； 第二层为方法层， 用于配置物性在不同温度T和压力p环境下的变化函数； 所述方法层 与数据层 对应， 包含四类介质的变化函数， 分别为液体介质的变化函数、 气 体介质的变化函 数、 燃烧产物介质的变化 函数和固体火药介质的变化 函数； 第三层为实例层， 通过调用数据层和方法层， 将介质物性实例化， 作为可被组件库直接 调用的物性选项； 所述 实例层包含的介质类型与数据层和方法层一一对应， 对应四类介质， 分别为液体介质、 气体介质、 燃烧产物介质和固体火药介质； 2)采用配置项的方式将 实例层与液体火箭发动机的相应组件模型关联， 组件模型对应 的组件包括液体组件、 气体组件、 热力组件和固体火药组件的组件模 型， 在液体组件中配置 液体介质， 气体组件中配置气 体介质， 热力组件中配置燃烧产 物介质， 固体火药组件中配置 固体火药介质； 3)在建模界面拖入组件模型， 并在参数框中选择介质， 物性库的实例层将调用所选介 质在数据层的基础数据和在方法层的变化函数， 将物性赋给所选组件模型， 所得组件模型 即可用于动态仿真。 2.根据权利 要求1所述的基于Modelica语言的液体火箭发动机动态仿真介质库构 建方 法， 其特征在于： 步骤1)中， 所述液体数据包括液体火箭使用的常规液体水和特殊液体介质； 所述特殊 液体介质包含四氧化二氮、 偏二甲肼、 甲基肼、 硝酸、 液氢、 液氧、 肼、 乙醇、 液甲烷、 氨、 过氧 化氢和煤油； 在每个液体介质的模型中定义其在标准状态下的密度rho、 运动粘度nu、 体积 弹性模量beta和饱和蒸汽压p_vapour四个物性 参数。 3.根据权利 要求2所述的基于Modelica语言的液体火箭发动机动态仿真介质库构 建方 法， 其特征在于： 步骤1)中， 所述气体数据包括液体火箭使用的多种气体介质， 包含空气、 氮气、 氦气、 氢 气、 氧气和甲烷； 在每个气体介质的模型中定义其在标准状态下的密度 rho、 运动粘度nu、 定 压比热容Cp、 气体常数Rg和比热比kap pa五个物性 参数。 4.根据权利 要求3所述的基于Modelica语言的液体火箭发动机动态仿真介质库构 建方 法， 其特征在于： 步骤1)中， 所述燃烧产物数据包含五种推进剂组合， 分别为四氧化二氮 ‑偏二甲肼、 四 氧化二氮 ‑甲基肼、 液氧 ‑液氢、 液氧 ‑煤油、 液氧 ‑甲烷； 在每个燃烧产物的模型中配置其当 量燃烧时的气体常数Rg、 比热比kap pa、 温度T三个物性 参数。 5.根据权利 要求4所述的基于Modelica语言的液体火箭发动机动态仿真介质库构 建方 法， 其特征在于： 步骤1)中， 所述固体火药数据包含两种配方的固体火药启动器燃烧参数； 所述固体火 药数据指固体火药启动器的燃烧物 性； 在每个固体火药的模 型中配置其密度 rho、 燃速系数 a、 压力指数n、 气体常数Rg、 定 压燃烧温度T、 比热比kap pa、 温度敏感系数mu七个物性 参数。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114021250 A 26.根据权利 要求5所述的基于Modelica语言的液体火箭发动机动态仿真介质库构 建方 法， 其特征在于： 步骤2)中， 在所述液体介质的变化函数中定义输入变量为压力p和温度T， 输出变量为 密度rho、 运动粘度nu、 体积弹性模量beta和饱和蒸汽压p_vapour， 然后构建输出变量随输 入变量的变化 函数。 7.根据权利 要求6所述的基于Modelica语言的液体火箭发动机动态仿真介质库构 建方 法， 其特征在于： 步骤2)中， 在所述气体介质的变化函数中定义输入变量为压力p和温度T， 输出变量为 密度rho、 运动粘度nu、 定压比热容Cp、 气体常数R g、 比热比kappa， 然后构建输出变量随输入 变量的变化 函数。 8.根据权利 要求7所述的基于Modelica语言的液体火箭发动机动态仿真介质库构 建方 法， 其特征在于： 步骤2)中， 所述燃烧产物介质的变化函数中定义输入变量为压力p和混合比Km， 输出变 量为气体常数Rg、 比热比kap pa和温度T， 然后构建输出变量随输入变量的变化 函数。 9.根据权利 要求8所述的基于Modelica语言的液体火箭发动机动态仿真介质库构 建方 法， 其特征在于： 步骤2)中， 所述固体火药介质的变化函数中只 定义输出变量密度rho、 燃速系数a、 压力 指数n、 气体 常数Rg、 定压燃烧温度T、 比热比kappa和温度敏感系数mu， 且输出变量等于其在 数据层中定义的定值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114021250 A 3