一种固体推进剂羽流毫米波衰减性能虚拟试验方法

摘要

本发明公开了一种固体推进剂羽流毫米波衰减性能虚拟试验方法，包括以下步骤：一、羽流场计算及数据存储；二、气相产物羽流场数据结构网格化处理：喷流区域气相产物流场数据读取、轴向坐标轴上非结构网格点提取、径向坐标轴上非结构网格点提取、构建结构网格图和气相产物羽流场数据结构网格化处理；三、羽流毫米波衰减性能虚拟试验，其过程如下：初始参数设定、毫米波入射方向确定、入射方向上各矩形网格内的毫米波衰减值计算和入射方向上毫米波衰减值计算。本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能简便、快速且准确完成固体推进剂羽流的羽流毫米波衰减计算过程。

主权项

1.一种固体推进剂羽流毫米波衰减性能虚拟试验方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、羽流场计算及数据存储：采用数据处理器调用FULENT软件对所试验固体推进剂进行羽流场计算后，将羽流场计算结果自动输出并存储至与所述数据处理器相接的数据存储单元内；步骤二、气相产物羽流场数据结构网格化处理，其处理过程如下：步骤201、喷流区域气相产物流场数据读取：采用所述数据处理器从步骤一中所输出的羽流场计算结果中，读取喷流区域内所有非结构网格节点的气相产物流场数据；所述喷流区域为步骤一中羽流场计算时所用发动机喷管出口后方的矩形区域；步骤202、轴向坐标轴上非结构网格点提取：采用所述数据处理器从步骤201中所述喷流区域内的所有非结构网格节点中，提取位于轴向坐标轴上的所有非结构网格点，本步骤中所提取的位于轴向坐标轴上的非结构网格点总数量为N_X；其中，轴向坐标轴为所述发动机喷管的中心轴线所在的横坐标轴，位于轴向坐标轴上的非结构网格点的径向坐标y_h=0且其轴向坐标x_h≥0，其中h为正整数，且h=1，2，…，N_X；步骤203、径向坐标轴上非结构网格点提取：采用所述数据处理器从步骤201中所述喷流区域内的所有非结构网格节点中，提取位于径向坐标轴上的所有非结构网格点，且所提取的位于径向坐标轴上的非结构网格点总数量为N_Y出；其中，径向坐标轴为所述发动机喷管出口处所在的纵坐标轴且发动机喷管出口处的轴向坐标值为0，位于径向坐标轴上的非结构网格点的轴向坐标x_k1=0且其径向坐标y_k1≥0，其中k1为正整数，且k1=1，2，…，N_Y出；步骤204、构建结构网格图：将N_X条直线x=x_h和N_Y出条直线y=y_k1正交后，构建出一个包含（N_X－1）×（N_Y出－1）个矩形网格的结构网格图；步骤205、气相产物羽流场数据结构网格化处理：采用所述数据处理器对步骤204中所构建结构网格图中各矩形网格的四个顶点的气相产物流场数据分别进行重新赋值；所有矩形网格中各顶点的气相产物流场数据重新赋值方法均相同，其中对于所构建结构网格图中任一个矩形网格的任一顶点的气相产物流场数据进行重新赋值时，所述数据处理器先自步骤201中所述喷流区域内的所有非结构网格节点中找出与当前被赋值顶点距离最近的非结构网格节点，并将所找出的非结构网格节点的气相产物流场数据赋给当前被赋值的顶点；步骤三、羽流毫米波衰减性能虚拟试验，其过程如下：步骤301、初始参数设定：采用所述参数输入单元输入试验用毫米波的波长λ或入射频率ω，其中式中λ=0.8cm～0.6cm，c为真空中的光速；步骤302、毫米波入射方向确定：先采用所述参数输入单元对毫米波的入射位置进行设定，再根据所设定的入射位置对毫米波的入射方向x=x_入进行确定，并采用所述数据处理器找出位于直线x=x_入上的所有矩形网格；其中，x_入为所设定入射位置与所述发动机喷管出口之间的间距；步骤303、入射方向上各矩形网格内的毫米波衰减值计算：采用所述数据处理器对步骤302中位于直线x=x_入上的所有矩形网格内的毫米波衰减值分别进行计算，所有矩形网格内毫米波衰减值的计算方法均相同；对位于直线x=x_入上的任一个矩形网格内的毫米波衰减值进行计算时，根据公式进行计算，式中A为毫米波衰减值（dB/cm），c为真空中的光速（cm/s），m_e为自由电子质量（g），e^-为单个自由电子的带电量（C），ω为毫米波的入射频率（Hz）；n_e为自由电子的数密度（电子数/cm³）且其中$n_p=\frac{7.241\times {10}^{16}p}{T},$$n_{\mathrm{KT}}=2.4\times {10}^{15}{T}^{1.5}{e}^{-1.6\times {10}^{-19}/\mathrm{KT}},$k为玻尔兹曼常数，T为当前所计算矩形网格内毫米波入射方向上的温度，p为当前所计算矩形网格内毫米波入射方向上的压强；υ为自由电子碰撞频率（Hz）且$\upsilon =4.57\times {10}^{27}P/\left[\sqrt{T}\underset{l=1}{\overset{M}{\Sigma }}{X}_l{Q}_{\mathrm{el}}\right],$式中M为所试验固体推进剂燃烧后所产生气相燃烧产物的数量，l为正整数且l=1，2，…，M；X_l为所试验固体推进剂燃烧后处于化学平衡状态时第l种气相燃烧产物的摩尔数，Q_el为通过所述参数输入单元预先输入的自由电子与第l种气相燃烧产物的碰撞截面；I为气体的电离电位且式中I_l为所试验固体推进剂燃烧后所产生第l种气相燃烧产物的电离电位；c、m_e、e^-和I_l均为通过所述参数输入单元预先输入的参数；当d_左＜d_右时，$T=\frac{T_1+T_2}{2},p=\frac{p_1+p_2}{2};$当d_左＞d_右时，$T=\frac{T_3+T_4}{2},p=\frac{p_3+p_4}{2};$当d_左=d_右时，$T=\frac{T_1+T_2+T_3+T_4}{2},p=\frac{p_1+p_2+p_3+p_4}{2};$其中，d_左为直线x=x_入与当前所计算矩形网格左边界之间的间距，d_右为直线x=x_入与当前所计算矩形网格右边界之间的间距；T₁为当前所计算矩形网格左上方顶点的气相产物流场数据中的温度数据，T₂为当前所计算矩形网格左下方顶点的气相产物流场数据中的温度数据，T₃为当前所计算矩形网格右上方顶点的气相产物流场数据中的温度数据，T₄为当前所计算矩形网格右下方顶点的气相产物流场数据中的温度数据；p₁为当前所计算矩形网格左上方顶点的气相产物流场数据中的压强数据，p₂为当前所计算矩形网格左下方顶点的气相产物流场数据中的压强数据，p₃为当前所计算矩形网格右上方顶点的气相产物流场数据中的压强数据，p₄为当前所计算矩形网格右下方顶点的气相产物流场数据中的压强数据；步骤304、入射方向上毫米波衰减值计算：所述数据处理器根据公式A_入射=2×A₀，计算得出所试验固体推进剂燃烧后所产生羽流在所设定入射位置的毫米波衰减值；其中，A₀为步骤303中计算得出的位于直线x=x_入上的所有矩形网格内的毫米波衰减值之和。