变螺旋再生冷却通道协同设计方法及系统与流程

本发明涉及液体火箭发动机推力室热防护与再生冷却，尤其涉及一种变螺旋再生冷却通道协同设计方法及系统。

背景技术：

1、液体火箭发动机推力室沿燃烧室、收敛段、喉部和扩张段承受差异明显的燃气侧热负荷。再生冷却通常使冷却剂流经热壁与外覆壁之间的多个冷却通道，以带走热量并控制壁面温度。螺旋通道能够改变冷却剂的真实流动长度和弯曲流动状态，但螺旋角、槽宽、肋宽、槽高与推力室当地直径之间存在耦合关系。

2、常规设计中，设计人员可分别调整螺旋角或通道截面，并采用热工计算、压降计算和计算机辅助设计工具对候选方案进行校核。在各专业模型分别建立离散站位、插值规则和物性更新逻辑的情况下，同一轴向位置可能采用不同的几何口径或不同版本的参数数组，导致热工模型使用的通道尺寸与几何实体生成所使用的通道尺寸不一致。

3、与本发明最相关的现有设计方式通常先给定螺旋路径或槽宽，再在几何建模阶段检查通道是否相交以及连续肋是否满足尺寸要求。该方式没有把螺旋角投影、冷却通道数量、当地直径、槽宽和肋宽的周向闭合关系直接嵌入逐站编译过程。螺旋角控制点或当地直径变化后，原有槽宽数组若被继续复用，容易产生局部闭合残差、肋宽不足或者首末周向边界不重合。

4、因此，现有技术至少存在以下局限：其一，变螺旋角与变截面参数沿热壁母线变化时，难以在每个站位同时维持周向闭合和局部可制造尺寸；其二，真实流动长度、曲率诱发的二次流、肋条导热、变物性压降、数值收敛及制造尺寸通常由不同模型分别处理，难以保证候选方案在进入几何实体生成前使用同一站位事实源完成统一判定。

技术实现思路

1、本发明旨在解决变螺旋再生冷却通道在参数变化过程中周向闭合关系容易漂移，以及热工、流动、几何与制造校核之间难以共享同一站位事实源的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种变螺旋再生冷却通道协同设计方法，包括：

3、以推力室热壁母线的归一化弧长为统一自变量，分别建立螺旋角参数律、肋宽参数律和槽高参数律；

4、根据所述热壁母线的当地参考直径、冷却通道数量、所述螺旋角参数律和所述肋宽参数律反解各弧长位置的槽宽，使各所述弧长位置的所述槽宽与肋宽之和满足多通道周向闭合关系；

5、将所述热壁母线离散为多个站位，在各所述站位绑定通道中心坐标、局部标架、累计解缠相位角、所述槽宽、所述肋宽、由所述槽高参数律确定的槽高和壁厚，形成几何中间表示；

6、基于所述几何中间表示确定冷却通道的真实流动长度、局部曲率和流通截面，由所述局部曲率确定曲率换热增强因子和曲率摩擦增强因子，沿冷却剂流向分段更新冷却剂的温度、压力和物性，迭代求解燃气侧壁温、冷却剂侧壁温和热流并累加通道总压降；

7、对迭代收敛状态、所述燃气侧壁温、冷却剂出口温度、所述通道总压降和最小可制造尺寸执行联合门禁，将通过所述联合门禁的候选输出为几何实体生成输入。

8、进一步地，所述槽宽通过当地参考直径、当地螺旋角、冷却通道数量和当地肋宽确定，并对所得槽宽执行闭合残差、正尺寸、旋转复制及控制点修改后的全站位重新编译检查。

9、进一步地，所述联合门禁在同一候选记录中统一处理致命门禁项和非致命门禁项，并将门禁状态划分为数字通过状态、条件通过状态和发布阻止状态，同时记录不同证据的取得状态。

10、进一步地，所述螺旋角参数律、肋宽参数律和槽高参数律分别采用形状保持分段三次插值函数构造，并通过区间斜率和控制点导数限制保持控制点之间的单调性。

11、进一步地，所述几何中间表示由热工求解、压降累加、几何实体生成和数值仿真共用，并对站位数量、局部标架、角度单位、父设计标识、伪临界物性尖峰区和增材制造清粉通路进行检查。

12、本发明还提供一种变螺旋再生冷却通道协同设计系统，包括参数律构建模块、周向闭合反解模块、几何中间表示模块、热流耦合求解模块和联合门禁模块，各模块被配置为执行上述方法中相应的处理。

13、由于将槽宽设置为由当地周向节距与当地肋宽反解得到的从变量，使螺旋角、当地参考直径或者肋宽发生变化时能够同步重算槽宽和闭合残差，从而降低变参数通道出现几何漂移的风险。由于热工计算、压降计算、几何实体生成和数值仿真共用同一几何中间表示，并在候选发布前统一检查迭代收敛、壁温、出口温度、压降和最小可制造尺寸，使各专业处理作用于相同站位及相同版本的几何参数，从而降低不可收敛、越界或不可制造候选进入后续实体生成流程的风险。

1.一种变螺旋再生冷却通道协同设计方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述热壁母线的当地参考直径、冷却通道数量、所述螺旋角参数律和所述肋宽参数律反解各弧长位置的槽宽，使各所述弧长位置的所述槽宽与肋宽之和满足多通道周向闭合关系，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述当地周向节距与所述当地肋宽之差，确定为该弧长位置的所述槽宽之后，还包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对迭代收敛状态、所述燃气侧壁温、冷却剂出口温度、所述通道总压降和最小可制造尺寸执行联合门禁，将通过所述联合门禁的候选输出为几何实体生成输入，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对同一候选的所述致命门禁项和所述非致命门禁项，在同一候选记录中统一判定，得到门禁状态，包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以推力室热壁母线的归一化弧长为统一自变量，分别建立螺旋角参数律、肋宽参数律和槽高参数律，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将所述螺旋角参数律、所述肋宽参数律和所述槽高参数律分别构造为相互独立的形状保持分段三次插值函数，各所述插值函数由控制点、端点导数、允许取值范围和插值类型标识确定，包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述几何中间表示确定冷却通道的真实流动长度、局部曲率和流通截面，由所述局部曲率确定曲率换热增强因子和曲率摩擦增强因子，沿冷却剂流向分段更新冷却剂的温度、压力和物性，迭代求解燃气侧壁温、冷却剂侧壁温和热流并累加通道总压降，包括：

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

10.一种变螺旋再生冷却通道协同设计系统，其特征在于，包括：