CN115619930A

CN115619930A - 一种基于参数化体积布尔运算的燃面估计方法

Info

Publication number: CN115619930A
Application number: CN202211234452.7A
Authority: CN
Inventors: 孙瑞阳; 姜毅; 牛钰森; 张曼曼
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2022-06-01
Filing date: 2022-10-10
Publication date: 2023-01-17

Abstract

本发明公开了一种基于参数化体积布尔运算的燃面估计方法，该方法包括以下步骤：采用三维造型软件创建推进剂实体模型；获取推进剂实体模型的燃面，单独生成为实体；参数化燃面模型，将燃面增长通过肉厚设置；将获得的燃面增长实体与推进剂实体进行布尔求差运算；设置变化的燃面为检测面；通过灵敏度分析功能，设置参数化数值的变化范围，从而获取不同燃烧肉厚下的燃面值。本发明提出的基于布尔运算的燃面求解方法，避免了二次开发过程中的接口开发的繁琐过程，相比于CFD流体仿真计算过程消耗大量的计算、时间资源，本发明步骤简单、过程消耗资源小、不涉及与其他软件交互，是一种快速简洁的燃面求解方法。

Description

一种基于参数化体积布尔运算的燃面估计方法

技术领域

本发明涉及三维模型建模技术领域，具体涉及一种基于参数化体积布尔运算的燃面估计方法。

背景技术

装药燃面变化可控制固体火箭发动机推力变化，因此，燃面设计是固体火箭发动机设计的重要内容。为获得满足精确打击的飞行器外弹道，在对固体火箭发动机设计推力时，主要通过改变推进剂药型来调整燃面变化规律，从而获得所需推力曲线。因此，精确的燃面变化规律、是发动机内弹道性能预估以及发动机装药设计品质的基础。同时，如何确定复杂三维药柱的燃面推移规律，为计算模型提供精确的燃面-肉厚数据，也是固体火箭发动机设计需要重点关注的问题。

目前已有的方法在进行燃面估计时，在燃面的几何拓扑结构改变时无法生成新拓扑结构，因此拓扑结构改变需要重新编辑推进剂燃面，过程较为繁琐。目前尚无技术方案能够解决该问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于参数化体积布尔运算的燃面估计方法，能够快速获取燃面与燃烧肉厚的关系，在几何拓扑结构改变时，无需重新编辑推进剂燃面，实现了对燃面的快速估计。

为达到上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

a、采用三维造型软件创建初始推进剂实体模型。

b、获取推进剂实体模型的初始燃面，每个初始燃面单独生成为实体，对燃面的肉厚进行赋值使其成为单独的实体，得到初始燃面的实体模型。

c、对初始燃面实体模型进行参数化，将燃面增长通过肉厚设置，设置肉厚在一定的区间内增加，得到燃面增长实体。

d、将获得的燃面增长实体与初始推进剂实体进行布尔求差运算，得到燃烧一定肉厚的推进剂实体。

e、设置燃烧一定肉厚的推进剂实体的燃面为检测面，检测获取所述检测面面积即为燃面值。

f、通过灵敏度分析功能，设置参数化数值的变化范围，从而获取不同燃烧肉厚下的燃面值，将一系列燃面值用于固体火箭发动机内弹道求解高压室的压强。

进一步地，三维造型软件采用可参数化或布尔运算的Creo、NX或SolidWorks建模软件。

进一步地，燃面为推进剂燃烧过程中的燃面。

进一步地，每个初始燃面单独生成为实体，具体为：端侧部包覆燃面为药柱内表面，端部包覆则选择内外药柱表面，复制该表面，生成新的实体。

进一步地，参数化燃面模型为新生成燃面实体的模型。

有益效果：

1、本发明提出的一种基于参数化体积布尔运算的燃面估计方法，基于几何学方面布尔运算的原理，通过三维软件参数化功能，采用燃面通过反向增长的思想，求得不同燃烧肉厚下的燃面值，避免了几何拓扑结构改变时无法生成新拓扑结构的不足，免去了拓扑结构改变需要重新编辑推进剂燃面的繁琐过程。

2、本发明提供的一种基于参数化体积布尔运算的燃面估计方法，相比于现有的燃面计算方法，本发明提出的基于布尔运算的燃面求解方法，避免了二次开发过程中的接口开发的繁琐过程。

3、本发明提供的一种基于参数化体积布尔运算的燃面估计方法，相比于CFD流体仿真计算过程消耗大量的计算、时间资源，本发明步骤简单、过程消耗资源小、不涉及与其他软件交互，是一种快速简洁的燃面求解方法。

附图说明

图1为本发明实施例中的基于物质点法的固体推进剂燃面推移算法流程图；

图2为绘制星孔装药推进剂二维尺寸示意图；

图3为推进剂药柱模型图；

图4为燃面示意图；

图5为燃面增长模型示意图；

图6为燃面增长与推进剂原始模型相对尺寸示意图；

图7为燃烧30mm后推进剂药柱模型；

图8为燃烧30mm燃面模型；

图9为燃烧100mm后推进剂药柱模型；

图10为燃烧肉厚与燃烧面积关系数据图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种

本发明是一种基于参数化体积布尔运算的燃面计算方法，具体流程如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：采用三维造型软件创建推进剂实体模型；

本实施例中，采用NX三维建模软件，绘制星孔装药推进剂二维模型，如图2所示，其几何参数为：星角数n＝6，角分数ε＝1，星根夹角θ＝45°，星根圆弧半径r1＝10mm，星尖圆弧半径r＝10mm，装药外直径D＝400mm，装药长度Lp＝1000mm，特征长度L＝100mm。

步骤2：获取推进剂实体模型的燃面，单独生成为实体；

将二维草图通过三维建模软件中的拉伸命令生成三维实体模型，如图3所示。

步骤3：参数化S2中的燃面模型，将燃面增长通过肉厚设置；

在本实施例中，拟采用端侧部包覆的形式，故燃面模型只有内部面，将药柱实体模型的内部面复制后，将内部面与推进剂实体造型的父子关系解除，内部面(即燃面)的模型如图4所示。通过“表达式”命令，设置燃烧肉厚这一变量a，赋予其数值，此实施例中，设置该初始值为0.01mm。再通过三维模型中的“加厚”命令，赋予该面厚度为参数a，该厚度值即为燃去肉厚值，如图5所示即为赋予燃去肉厚数值的实体模型。

步骤4：将获得的燃面增长实体与推进剂实体进行布尔求差运算；

本实施例中，如图6所示的红黄重叠部分，即为推进剂初始实体模型与燃去肉厚下的模型，通过布尔运算求差后，在燃去肉厚为30mm时，推进剂实体模型如图7所示，在图8中，燃面为图中红色面，在燃去肉厚为100mm时，推进剂实体模型如图9所示，此时推进剂拓扑结构已发生了极大的改变，基于本发明提出的反向增长布尔求差，整个过程不需要再调整模型，即可顺利进行。

步骤5：设置变化的燃面为检测面；

将图8中红色面设置为参数变量，通过“表达式”功能设置为变量，命名为S。

步骤6：通过灵敏度分析功能，设置参数化数值的变化范围，从而获取不同燃烧肉厚下的燃面值；

进入“灵敏度分析”功能，将“观察值”设置为S，将“设计变量”设置为a，将a值的最大值和最小值分别在“警告上限”及“警告下限”中设置，本事实例中，设置a值的上限值为118.9mm，下限值为0.01mm。勾选“显示灵敏度研究图”，点击“运行灵敏度研究”，即可得到本次计算的燃面肉厚关系，如图10所示，即为燃烧肉厚与燃烧面积关系数据图，从图中可以看出，燃面变化趋势出现了三个拐点，分别为燃烧肉厚是4.7895mm、56.1691mm和94.40580mm时，也可得出改燃面的变化规律，该种燃面先增加后减小，再增加，再减小。

与传统的基于有限元网格计算推进剂燃烧的方法相比，本发明的优势在于：本发明中基于布尔运算的思想，将处理复杂型面的推进剂燃烧过程中拓扑结构改变过大而导致的繁琐计算过程大大简化，通过燃面反向增长的思想，结合布尔求差及参数化建模思想，使整个求解过程得到了简化，同时节省了大量的资源。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于参数化体积布尔运算的燃面估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、采用三维造型软件创建初始推进剂实体模型；

b、获取推进剂实体模型的初始燃面，每个初始燃面单独生成为实体，对燃面的肉厚进行赋值使其成为单独的实体，得到初始燃面的实体模型；

c、对初始燃面实体模型进行参数化，将燃面增长通过肉厚设置，设置肉厚在一定的区间内增加，得到燃面增长实体；

d、将获得的燃面增长实体与初始推进剂实体进行布尔求差运算，得到燃烧一定肉厚的推进剂实体；

e、设置燃烧一定肉厚的推进剂实体的燃面为检测面，检测获取所述检测面面积即为燃面值；

2.如权利要求1所述的一种基于参数化体积布尔运算的燃面估计方法，所述三维造型软件采用可参数化或布尔运算的Creo、NX或SolidWorks建模软件。

3.如权利要求1或2所述的一种基于参数化体积布尔运算的燃面估计方法，所述燃面为推进剂燃烧过程中的燃面。

4.如权利要求3所述的一种基于参数化体积布尔运算的燃面估计方法，其特征在于，每个初始燃面单独生成为实体，具体为：端侧部包覆燃面为药柱内表面，端部包覆则选择内外药柱表面，复制该表面，生成新的实体。

5.如权利要求1、2或4所述的一种基于参数化体积布尔运算的燃面估计方法，所述参数化燃面模型为新生成燃面实体的模型。