级间分离载荷及喷焰状态预估方法及装置与流程

1.本发明实施例涉及航空航天技术领域，特别涉及一种级间分离载荷及喷焰状态预估方法及装置。


背景技术：

2.飞行目标级间分离是一种涉及流动、运动耦合的瞬态过程，具有复杂的流动形态和演变机制，采用理论模型或者经验模型对其进行完整描述和状态预估存在诸多困难。基于此，亟需提供一种能够快速有效预估级间分离载荷及喷焰状态的方法。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供了一种级间分离载荷及喷焰状态预估方法及装置，能够快速且有效的预估级间分离载荷及喷焰状态。
4.第一方面，本发明实施例提供了一种级间分离载荷及喷焰状态预估方法，包括：
5.基于飞行器的分离条件，计算级间分离过程中的上面级分离载荷和下面级分离载荷；所述分离条件包括气动参数、质量参数和分离发动机工作参数中的至少一种；
6.根据所述上面级分离载荷和所述下面级分离载荷，计算级间分离过程中上面级和下面级随时间变化的相对距离；
7.根据所述分离条件和所述相对距离，确定喷焰瞬态流场的计算区域；
8.确定每一个计算区域内喷焰粒子的位置变化和状态变化，并根据每一个计算区域内喷焰粒子的位置变化和状态变化，确定每一个计算区域内随时间变化的喷焰状态。
9.优选地，所述基于飞行器的分离条件，计算级间分离过程中的上面级分离载荷和下面级分离载荷，包括：基于分离载荷的变化规律，将级间分离过程按时间顺序划分为第一分离阶段、第二分离阶段和第三分离阶段，并分别计算每一个分离阶段随时间变化的上面级分离载荷和下面级分离载荷；所述第一分离阶段为级间段流入燃气大于流出燃气的阶段，所述第二分离阶段为级间段流出燃气大于流入燃气的阶段，所述第三分离阶段为燃气流直接冲击下面级前端面的阶段；
10.所述根据所述上面级分离载荷和所述下面级分离载荷，计算级间分离过程中上面级和下面级随时间变化的相对距离，包括：根据每一个分离阶段随时间变化的上面级分离载荷和下面级分离载荷，利用动力学方程计算每一个分离阶段上面级和下面级随时间变化的相对距离。
11.优选地，所述计算每一个分离阶段随时间变化的上面级分离载荷和下面级分离载荷，包括：
12.所述第一分离阶段和所述第二分离阶段随时间变化的上面级分离载荷和下面级分离载荷分别为：
13.[0014][0015][0016]
所述第三分离阶段随时间变化的上面级分离载荷和下面级分离载荷分别为：
[0017]
f1＝f
t
[0018][0019]
其中，f1、f2分别为上面级分离载荷和下面级分离载荷，d为分离面直径，p为所述第一分离阶段和所述第二分离阶段的压强，m0为初始气体质量，为随时间变化的上面级喷出燃气流量，c为中间参数，s(t)为随时间变化的分离距离，vs为级间段初始容积，k为燃气绝热指数，r为气体常数，t0为初始温度，f
t
为上面级发动机推力，p(s)为分离距离变换的射流冲击压强；
[0020]
所述利用动力学方程计算每一个分离阶段上面级和下面级随时间变化的相对距离，包括：
[0021][0022][0023]
s＝s1 s2[0024]
其中，s为每一个分离阶段上面级和下面级随时间变化的相对距离，s1、s2分别为上面级和下面级随时间变化的分离距离，f1、f2分别为上面级和下面级外形结构在指定飞行条件下受到的轴向气动力，m1、m2分别为上面级和下面级的质量。
[0025]
优选地，所述确定每一个计算区域内喷焰粒子的位置变化和状态变化，包括：
[0026]
针对每一个计算区域，均执行：确定当前计算区域内喷焰粒子的初始状态参数，并根据所述初始状态参数和迭代更新的时间步长，每隔所述时间步长对所述当前计算区域内喷焰粒子的位置变化和状态变化进行迭代更新。
[0027]
优选地，所述状态变化包括速度变化、温度变化、压强变化和密度变化中的至少一种；
[0028]
对所述当前计算区域内喷焰粒子的位置变化进行迭代更新，包括：
[0029]
每一次迭代更新后喷焰粒子的位置变化为s：s＝u(t)
·
δt；其中，u(t)为上一次迭代更新后喷焰粒子的速度，δt为所述时间步长；
[0030]
对所述当前计算区域内喷焰粒子的状态变化进行迭代更新，包括：
[0031]
当所述状态变化为速度变化时，每一次迭代更新后喷焰粒子的速度u(t δt)为：u(t δt)＝u(t) u
′
δu；其中，u
′
为湍流速度更新，所述湍流速度更新用于表征由于喷焰湍流脉动引起的速度变化量；δu为非平衡速度更新，所述非平衡速度更新用于表征由于喷焰粒子的流动参数和当地流动参数不一致引起的速度变化量；
[0032]
当所述状态变化为温度变化时，利用能量守恒方式，基于每一次迭代更新后喷焰粒子的速度变化带来的能量变化对喷焰粒子的温度进行更新；
[0033]
当所述状态变化为压强变化或密度变化时，基于每一次迭代更新后喷焰粒子的温度变化对喷焰粒子的压强和温度进行更新。
[0034]
优选地，所述非平衡速度更新为如下三个速度变化量中的任意一个速度变化量或至少两个速度变化量之和：由于喷焰粒子的压强与当地压强的差值引起的第一速度变化量、由于喷焰粒子的速度与当地速度的差值引起的第二速度变化量和由于喷焰粒子与壁面碰撞引起的第三速度变化量；
[0035]
所述第一速度变化量δu1为：
[0036][0037]
其中，k
p
为压强差转换系数，取值范围为0～1；p
p
为喷焰粒子的压强，pc为当地压强，ρ
p
为喷焰粒子的密度；
[0038]
所述第二速度变化量δu2为：
[0039][0040]
其中，ku为速度差转换系数，取值范围为0～1；ρc为当地密度，u
p
为喷焰粒子的速度，uc为当地速度；
[0041]
所述第三速度变化量δu3为：
[0042][0043][0044]
其中，β1为碰撞前喷焰粒子的速度与壁面间的夹角，β2为碰撞后喷焰粒子的速度与壁面间的夹角；ka为碰撞反射角系数，取值范围为0.15～1。
[0045]
优选地，所述计算区域为：上面级级间、级间间隙、下面级级间、上面级弹体段、上面级空壳段、级间间隙外场段、下面级空壳段、下面级弹体段、下面级后部外场段或下面级后部段；
[0046]
和/或，
[0047]
将由若干个喷焰粒子形成的粒子微团确定为一个整体的喷焰粒子，利用该粒子微团执行所述确定每一个计算区域内喷焰粒子的位置变化和状态变化。
[0048]
第二方面，本发明实施例还提供了一种级间分离载荷及喷焰状态预估装置，包括：
[0049]
载荷计算单元，用于基于飞行器的分离条件，计算级间分离过程中的上面级分离载荷和下面级分离载荷；所述分离条件包括气动参数、质量参数和分离发动机工作参数中的至少一种；
[0050]
距离计算单元，用于根据所述上面级分离载荷和所述下面级分离载荷，计算级间分离过程中上面级和下面级随时间变化的相对距离；
[0051]
计算区域确定单元，用于根据所述分离条件和所述相对距离，确定喷焰瞬态流场的计算区域；
[0052]
喷焰状态确定单元，用于确定每一个计算区域内喷焰粒子的位置变化和状态变
化，并根据每一个计算区域内喷焰粒子的位置变化和状态变化，确定每一个计算区域内随时间变化的喷焰状态。
[0053]
第三方面，本发明实施例还提供了一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本说明书任一实施例所述的方法。
[0054]
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行本说明书任一实施例所述的方法。
[0055]
本发明实施例提供了一种级间分离载荷及喷焰状态预估方法及装置，通过将级间分离过程中的喷焰状态分为两部分进行计算，第一部分为级间分离过程中上面级和下面级随时间变化的相对距离的计算，第二部分为在确定相对距离的条件下，基于相对距离和分离条件确定出喷焰瞬态流场的计算区域，并利用喷焰粒子的位置变化和状态变化，统计各计算区域内随时间变化的喷焰状态。本方案充分考虑了分离条件、相对距离的变化及喷焰粒子的作用，能够有效反应级间分离分离过程的喷焰状态。另外，由于喷焰粒子是一次性释放的大量粒子，利用这些喷焰粒子的位置变化和状态变化预估出喷焰状态，无需通过不断释放粒子进行反复迭代处理，计算效率较高。
附图说明
[0056]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0057]
图1是本发明一实施例提供的一种级间分离载荷及喷焰状态预估方法流程图；
[0058]
图2～图3分别为某一个时刻x方向、y方向上的速度状态示意图；
[0059]
图4～图5分别为某一个时刻马赫数状态、温度状态示意图；
[0060]
图6是本发明一实施例提供的一种计算设备的硬件架构图；
[0061]
图7是本发明一实施例提供的一种级间分离载荷及喷焰状态预估装置结构图。
具体实施方式
[0062]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0063]
请参考图1，本发明实施例提供了一种级间分离载荷及喷焰状态预估方法，该方法包括：
[0064]
步骤100，基于飞行器的分离条件，计算级间分离过程中的上面级分离载荷和下面级分离载荷；所述分离条件包括气动参数、质量参数和分离发动机工作参数中的至少一种；
[0065]
步骤102，根据所述上面级分离载荷和所述下面级分离载荷，计算级间分离过程中上面级和下面级随时间变化的相对距离；
[0066]
步骤104，根据所述分离条件和所述相对距离，确定喷焰瞬态流场的计算区域；
[0067]
步骤106，确定每一个计算区域内喷焰粒子的位置变化和状态变化，并根据每一个计算区域内喷焰粒子的位置变化和状态变化，确定每一个计算区域内随时间变化的喷焰状态。
[0068]
本发明实施例中，通过将级间分离过程中的喷焰状态分为两部分进行计算，第一部分为级间分离过程中上面级和下面级随时间变化的相对距离的计算，第二部分为在确定相对距离的条件下，基于相对距离和分离条件确定出喷焰瞬态流场的计算区域，并利用喷焰粒子的位置变化和状态变化，统计各计算区域内随时间变化的喷焰状态。本方案充分考虑了分离条件、相对距离的变化及喷焰粒子的作用，能够有效反应级间分离分离过程的喷焰状态。另外，由于喷焰粒子是一次性释放的大量粒子，利用这些喷焰粒子的位置变化和状态变化预估出喷焰状态，无需通过不断释放粒子进行反复迭代处理，计算效率较高。
[0069]
下面描述图1所示的各个步骤的执行方式。
[0070]
首先对第一部分计算过程进行说明，该第一部分计算过程包括步骤100和步骤102。
[0071]
本实施例中的飞行器为航空航天领域中需要在飞行过程中进行级间分离的飞行器。分离条件中的参数均为已知参数或通过计算可以得到的参数。
[0072]
本发明一个实施例中，可以通过如下步骤s1～s2计算级间分离过程中的上面级分离载荷和下面级分离载荷：
[0073]
s1、基于分离载荷的变化规律，将级间分离过程按时间顺序划分为第一分离阶段、第二分离阶段和第三分离阶段；所述第一分离阶段为级间段流入燃气大于流出燃气的阶段(该分离阶段内载荷快速上升)，所述第二分离阶段为级间段流出燃气大于流入燃气的阶段(该分离阶段内载荷快速下降)，所述第三分离阶段为燃气流直接冲击下面级前端面的阶段(该分离阶段内上面级和下面级的相对距离增大，载荷缓慢下降)。
[0074]
s2、分别计算每一个分离阶段随时间变化的上面级分离载荷和下面级分离载荷。
[0075]
其中，第一分离阶段和第二分离阶段随时间变化的上面级分离载荷和下面级分离载荷分别为：
[0076][0077][0078][0079]
第三分离阶段随时间变化的上面级分离载荷和下面级分离载荷分别为：
[0080]
f1＝ft
[0081][0082]
其中，f1、f2分别为上面级分离载荷和下面级分离载荷，d为分离面直径，p为所述第
一分离阶段和所述第二分离阶段的压强，m0为初始气体质量，为随时间变化的上面级喷出燃气流量，c为中间参数，s(t)为随时间变化的分离距离，vs为级间段初始容积，k为燃气绝热指数，r为气体常数，t0为初始温度，f
t
为上面级发动机推力，p(s)为分离距离变换的射流冲击压强，该射流冲击压强可以由射流冲击计算方法来确定。
[0083]
由于第一分离阶段和第二分离阶段中，上面级和下面级的相对距离较小，可以设定在同一时刻，上面级所承受的分离载荷和下面级所承受的分离载荷相等。而在第三分离阶段，上面级和下面级的相对距离增大，因此，上面级分离载荷等于上面级发动机推力，而下面级分离载荷随相对距离的变化而变化。如此，可以得到随时间变化的上面级分离载荷和下面级分离载荷。
[0084]
紧接着，本发明实施例中，可以根据每一个分离阶段随时间变化的上面级分离载荷和下面级分离载荷，利用动力学方程计算每一个分离阶段上面级和下面级随时间变化的相对距离。
[0085]
具体地，该动力学方程如下：
[0086][0087][0088]
s＝s1 s2[0089]
其中，s为每一个分离阶段上面级和下面级随时间变化的相对距离，s1、s2分别为上面级和下面级随时间变化的分离距离，f1、f2分别为上面级和下面级外形结构在指定飞行条件下受到的轴向气动力，m1、m2分别为上面级和下面级的质量。
[0090]
如此，利用上述动力学方程与每个分离阶段的分离载荷计算公式进行耦合求解，从而可以快速估算出级间分离的上面级分离载荷、下面级分离载荷以及上面级和下面级的相对距离。
[0091]
需要说明的是，在计算级间分离过程中上面级分离载荷和下面级分离载荷时，除上述划分分离阶段分别单独计算的方式以外，还可以使用其它方式计算，比如直接按照时间变化，迭代计算每一时刻上面级分离载荷和下面级分离载荷，并在迭代过程中计算每一时刻上面级和下面级的相对距离。
[0092]
然后对第二部分计算过程进行说明，该第二部分计算过程包括步骤104和步骤106。
[0093]
第二部分计算过程为在相对距离确定下的喷焰瞬态流场计算过程。对第二部分计算过程说明如下：可以将上面级发动机喷出的喷焰气体是由大量喷焰粒子组成的，每个喷焰粒子均带有喷焰的流量、温度、速度以及组分等信息，喷焰粒子在运动过程中发生位置变化和状态变化，通过预先划分各个计算区域，喷焰粒子会运动到某一个计算区域内，针对每一个计算区域，可以利用该计算区域内喷焰粒子的数量及状态获得该计算区域的流场信息，并由此更新喷焰粒子的位置和状态；另外在壁面附近，喷焰粒子会通过碰撞形式返回计算区域。
[0094]
在步骤104中，可以依据分离条件和相对距离，确定喷焰瞬态流场的计算区域。一种优选实施例中，划分的计算区域分别为上面级级间、级间间隙、下面级级间、上面级弹体
段、上面级空壳段、级间间隙外场段、下面级空壳段、下面级弹体段、下面级后部外场段和下面级后部段。该划分方式充分考虑到喷焰粒子的运动区域，能够有效描述流场的物理过程，使得输出的任意时刻的喷焰状态准确。
[0095]
进一步地，为保证输出的任意时刻的喷焰状态更加准确，划分后的计算区域相互连接。
[0096]
在步骤106中，可以根据如下方式确定每一个计算区域内喷焰粒子的位置变化和状态变化，包括：针对每一个计算区域，均执行：确定当前计算区域内喷焰粒子的初始状态参数，并根据所述初始状态参数和迭代更新的时间步长，每隔所述时间步长对所述当前计算区域内喷焰粒子的位置变化和状态变化进行迭代更新。
[0097]
本发明实施例中，该状态变化包括速度变化、温度变化、压强变化和密度变化中的至少一种。
[0098]
其中，喷焰粒子的初始状态参数可以包括速度、温度、压强和密度等，该初始状态参数可以由上面级发动机喷口参数确定。此外，每个喷焰粒子也表示一定的流量状态，所有喷焰粒子代表的流量之和与喷口流量相同。
[0099]
在计算过程中，可以采用如下方法更新喷焰粒子的运动位置和运动状态：
[0100]
对当前计算区域内喷焰粒子的位置变化进行迭代更新：每一次迭代更新后喷焰粒子的位置变化为s：s＝u(t)
·
δt；其中，u(t)为上一次迭代更新后喷焰粒子的速度，δt为所述时间步长。
[0101]
对所述当前计算区域内喷焰粒子的状态变化进行迭代更新(由于状态变化包括速度变化、温度变化、压强变化和密度变化中的至少一种，因此需要对应不同状态分别进行更新)：
[0102]
当所述状态变化为速度变化时，每一次迭代更新后喷焰粒子的速度u(t δt)为：u(t δt)＝u(t) u
′
δu；其中，u
′
为湍流速度更新，所述湍流速度更新用于表征由于喷焰湍流脉动引起的速度变化量；δu为非平衡速度更新，所述非平衡速度更新用于表征由于喷焰粒子的流动参数和当地流动参数不一致引起的速度变化量；
[0103]
当所述状态变化为温度变化时，利用能量守恒方式，基于每一次迭代更新后喷焰粒子的速度变化带来的能量变化对喷焰粒子的温度进行更新；
[0104]
当所述状态变化为压强变化或密度变化时，基于每一次迭代更新后喷焰粒子的温度变化对喷焰粒子的压强和温度进行更新。
[0105]
在上述对速度变化进行迭代更新时，喷焰粒子的速度在每个时间步长上进行更新。
[0106]
本发明一个实施例中，湍流速度更新u
′
可以由湍流扰动系数k
′
与随机变量δ来确定，一个实施例中，湍流速度更新u
′
通过公式u
′
＝k
′
·
δ
·
u(t)进行计算，k
′
取值范围为0～0.08，与常见的湍流强度系数相当，δ取值范围为(-1,1)之间的随机数。
[0107]
本发明一个实施例中，非平衡速度更新δu可以为如下三个速度变化量中的任意一个速度变化量或至少两个速度变化量之和：由于喷焰粒子的压强与当地压强的差值引起的第一速度变化量、由于喷焰粒子的速度与当地速度的差值引起的第二速度变化量和由于喷焰粒子与壁面碰撞引起的第三速度变化量。
[0108]
优选地，为保证非平衡速度更新δu的计算准确性，非平衡速度更新δu为上述三
个速度变化量之和，即δu＝δu1 δu2 δu3。
[0109]
其中，上述三个速度变化量分别计算如下：
[0110]
所述第一速度变化量δu1为：
[0111][0112]
其中，k
p
为压强差转换系数，取值范围为0～1；p
p
为喷焰粒子的压强，pc为当地压强，ρ
p
为喷焰粒子的密度；
[0113]
所述第二速度变化量δu2为：
[0114][0115]
其中，ku为速度差转换系数，取值范围为0～1，表征从当前速度转为平衡速度的弛豫状态；ρc为当地密度，u
p
为喷焰粒子的速度，uc为当地速度；
[0116]
所述第三速度变化量δu3为：
[0117][0118][0119]
其中，β1为碰撞前喷焰粒子的速度与壁面间的夹角，β2为碰撞后喷焰粒子的速度与壁面间的夹角；ka为碰撞反射角系数，表示喷焰气体碰撞壁面后与喷焰粒子碰撞角之间的差异，取值范围为0.15～1，取值越小，喷焰粒子贴壁效应越明显。
[0120]
在上述对温度变化、压强变化或密度变化进行更新时，可以以喷焰粒子的速度变化为基础，按等熵关系进行更新。具体地，可以利用能量守恒方式，基于每一次迭代更新后喷焰粒子的速度变化带来的能量变化对喷焰粒子的温度进行更新；然后基于每一次迭代更新后喷焰粒子的温度变化结合马赫数变化更新喷焰粒子的压强和温度。
[0121]
一种实施方式中，可以通过如下公式分别更新喷焰粒子的温度、压强、密度：
[0122][0123][0124][0125]
其中，t(t δt)、ρ(t δt)、p(t δt)分别为每一次迭代更新后喷焰粒子的温度、密度、压强；t(t)、ρ(t)、p(t)分别为上一次迭代更新后喷焰粒子的温度、密度、压强；c
p
为定压比热容，γ为比热比。
[0126]
在流场计算中，除在每个时间步长上更新喷焰粒子的位置和状态之外，还需要更新并统计喷焰粒子所在单元(计算区域内划分为若干个单元)的流动参数，为流场参数的输出提供条件，其中，当地流动参数依据喷焰粒子代表的流量以及由此产生的通量守恒原则进行更新，表示为：
[0127][0128][0129][0130]
其中，ρc(t δt)、uc(t δt)、tc(t δt)分别为每一次迭代更新后喷焰粒子的当地密度、当地速度、当地温度，ρc(t)、uc(t)、t(t)分别为上一次迭代更新后喷焰粒子的当地密度、当地速度、当地温度，v为喷焰粒子所在当地单元体积，a为喷焰粒子所在单元迎流面积。
[0131]
在本发明一个实施例中，为了降低计算量提高计算效率，可以将由若干个喷焰粒子形成的粒子微团确定为一个整体的喷焰粒子，利用该粒子微团执行上述步骤106。
[0132]
需要说明的是，喷焰粒子更新时，喷焰粒子的数量对更新结果有一定影响，喷焰粒子的数量过少时，难以表征完整的喷焰状态；喷焰粒子的数量增加时，能够表征的流场精细程度增加，计算量也会相应增加，在本发明实施例中，选择1000个以上的喷焰粒子数量。
[0133]
当需要输出某一个时刻的各计算区域的喷焰状态时，可以计算该时刻各计算区域内喷焰粒子的数量，并基于该时刻计算区域内喷焰粒子的状态和数量计算得到该计算区域内的喷焰状态。
[0134]
请参考图2～图5，分别为某一个时刻对应的喷焰状态。其中，图2、图3分别为x方向、y方向上的速度状态，图4、图5分别为马赫数(密度或压强)状态、温度状态。
[0135]
如图6、图7所示，本发明实施例提供了一种级间分离载荷及喷焰状态预估装置。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。从硬件层面而言，如图6所示，为本发明实施例提供的一种级间分离载荷及喷焰状态预估装置所在计算设备的一种硬件架构图，除了图6所示的处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的计算设备通常还可以包括其他硬件，如负责处理报文的转发芯片等等。以软件实现为例，如图7所示，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在计算设备的cpu将非易失性存储器中对应的计算机程序读取到内存中运行形成的。本实施例提供的一种级间分离载荷及喷焰状态预估装置，包括：
[0136]
载荷计算单元701，用于基于飞行器的分离条件，计算级间分离过程中的上面级分离载荷和下面级分离载荷；所述分离条件包括气动参数、质量参数和分离发动机工作参数中的至少一种；
[0137]
距离计算单元702，用于根据所述上面级分离载荷和所述下面级分离载荷，计算级间分离过程中上面级和下面级随时间变化的相对距离；
[0138]
计算区域确定单元703，用于根据所述分离条件和所述相对距离，确定喷焰瞬态流场的计算区域；
[0139]
喷焰状态确定单元704，用于确定每一个计算区域内喷焰粒子的位置变化和状态变化，并根据每一个计算区域内喷焰粒子的位置变化和状态变化，确定每一个计算区域内随时间变化的喷焰状态。
[0140]
在本发明一个实施例中，所述载荷计算单元701具体用于：基于分离载荷的变化规律，将级间分离过程按时间顺序划分为第一分离阶段、第二分离阶段和第三分离阶段，并分
别计算每一个分离阶段随时间变化的上面级分离载荷和下面级分离载荷；所述第一分离阶段为级间段流入燃气大于流出燃气的阶段，所述第二分离阶段为级间段流出燃气大于流入燃气的阶段，所述第三分离阶段为燃气流直接冲击下面级前端面的阶段；
[0141]
所述距离计算单元702具体用于：根据每一个分离阶段随时间变化的上面级分离载荷和下面级分离载荷，利用动力学方程计算每一个分离阶段上面级和下面级随时间变化的相对距离。
[0142]
在本发明一个实施例中，所述载荷计算单元701在执行所述计算每一个分离阶段随时间变化的上面级分离载荷和下面级分离载荷时，具体包括：
[0143]
所述第一分离阶段和所述第二分离阶段随时间变化的上面级分离载荷和下面级分离载荷分别为：
[0144][0145][0146][0147]
所述第三分离阶段随时间变化的上面级分离载荷和下面级分离载荷分别为：
[0148]
f1＝f
t
[0149][0150]
其中，f1、f2分别为上面级分离载荷和下面级分离载荷，d为分离面直径，p为所述第一分离阶段和所述第二分离阶段的压强，m0为初始气体质量，为随时间变化的上面级喷出燃气流量，c为中间参数，s(t)为随时间变化的分离距离，vs为级间段初始容积，k为燃气绝热指数，r为气体常数，t0为初始温度，f
t
为上面级发动机推力，p(s)为分离距离变换的射流冲击压强；
[0151]
在本发明一个实施例中，所述距离计算单元702在执行所述利用动力学方程计算每一个分离阶段上面级和下面级随时间变化的相对距离时，具体包括：
[0152][0153][0154]
s＝s1 s2[0155]
其中，s为每一个分离阶段上面级和下面级随时间变化的相对距离，s1、s2分别为上面级和下面级随时间变化的分离距离，f1、f2分别为上面级和下面级外形结构在指定飞行条件下受到的轴向气动力，m1、m2分别为上面级和下面级的质量。
[0156]
在本发明一个实施例中，所述喷焰状态确定单元704在执行所述确定每一个计算区域内喷焰粒子的位置变化和状态变化时，具体包括：
[0157]
针对每一个计算区域，均执行：确定当前计算区域内喷焰粒子的初始状态参数，并根据所述初始状态参数和迭代更新的时间步长，每隔所述时间步长对所述当前计算区域内喷焰粒子的位置变化和状态变化进行迭代更新。
[0158]
在本发明一个实施例中，所述状态变化包括速度变化、温度变化、压强变化和密度变化中的至少一种；
[0159]
对所述当前计算区域内喷焰粒子的位置变化进行迭代更新，包括：
[0160]
每一次迭代更新后喷焰粒子的位置变化为s：s＝u(t)
·
δt；其中，u(t)为上一次迭代更新后喷焰粒子的速度，δt为所述时间步长；
[0161]
对所述当前计算区域内喷焰粒子的状态变化进行迭代更新，包括：
[0162]
当所述状态变化为速度变化时，每一次迭代更新后喷焰粒子的速度u(t δt)为：u(t δt)＝u(t) u
′
δu；其中，u
′
为湍流速度更新，所述湍流速度更新用于表征由于喷焰湍流脉动引起的速度变化量；δu为非平衡速度更新，所述非平衡速度更新用于表征由于喷焰粒子的流动参数和当地流动参数不一致引起的速度变化量；
[0163]
当所述状态变化为温度变化时，利用能量守恒方式，基于每一次迭代更新后喷焰粒子的速度变化带来的能量变化对喷焰粒子的温度进行更新；
[0164]
当所述状态变化为压强变化或密度变化时，基于每一次迭代更新后喷焰粒子的温度变化对喷焰粒子的压强和温度进行更新。
[0165]
在本发明一个实施例中，所述非平衡速度更新为如下三个速度变化量中的任意一个速度变化量或至少两个速度变化量之和：由于喷焰粒子的压强与当地压强的差值引起的第一速度变化量、由于喷焰粒子的速度与当地速度的差值引起的第二速度变化量和由于喷焰粒子与壁面碰撞引起的第三速度变化量；
[0166]
所述第一速度变化量δu1为：
[0167][0168]
其中，k
p
为压强差转换系数，取值范围为0～1；p
p
为喷焰粒子的压强，pc为当地压强，ρ
p
为喷焰粒子的密度；
[0169]
所述第二速度变化量δu2为：
[0170][0171]
其中，ku为速度差转换系数，取值范围为0～1；ρc为当地密度，u
p
为喷焰粒子的速度，uc为当地速度；
[0172]
所述第三速度变化量δu3为：
[0173][0174][0175]
其中，β1为碰撞前喷焰粒子的速度与壁面间的夹角，β2为碰撞后喷焰粒子的速度与壁面间的夹角；ka为碰撞反射角系数，取值范围为0.15～1。
[0176]
在本发明一个实施例中，所述计算区域为：上面级级间、级间间隙、下面级级间、上面级弹体段、上面级空壳段、级间间隙外场段、下面级空壳段、下面级弹体段、下面级后部外
场段或下面级后部段；
[0177]
在本发明一个实施例中，将由若干个喷焰粒子形成的粒子微团确定为一个整体的喷焰粒子，利用该粒子微团触发喷焰状态确定单元执行其操作。
[0178]
可以理解的是，本发明实施例示意的结构并不构成对一种级间分离载荷及喷焰状态预估装置的具体限定。在本发明的另一些实施例中，一种级间分离载荷及喷焰状态预估装置可以包括比图示更多或者更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件、软件或者软件和硬件的组合来实现。
[0179]
上述装置内的各模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
[0180]
本发明实施例还提供了一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本发明任一实施例中的一种级间分离载荷及喷焰状态预估方法。
[0181]
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例中的一种级间分离载荷及喷焰状态预估方法。
[0182]
具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或cpu或mpu)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。
[0183]
在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。
[0184]
用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如cd-rom、cd-r、cd-rw、dvd-rom、dvd-ram、dvd-rw、dvd rw)、磁带、非易失性存储卡和rom。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。
[0185]
此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。
[0186]
此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展模块中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展模块上的cpu等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。
[0187]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
…”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
[0188]
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序
在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。
[0189]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。