液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬試驗(yàn)與仿真技術(shù)應(yīng)用

楊思鋒，段 娜，張登攀，朱子環(huán)，李 斌

(北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所，北京 100074)

0 引言

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)由于試驗(yàn)費(fèi)用大、研制周期長(zhǎng)、事故破壞面大等特點(diǎn)，一直存在試驗(yàn)樣本少、極限工況參數(shù)測(cè)不全、測(cè)不到等問題，影響了發(fā)動(dòng)機(jī)性能的有效評(píng)估，制約了發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的快速高可靠性交付。國外航天單位廣泛采用虛擬試驗(yàn)與仿真驗(yàn)證技術(shù)，應(yīng)用到試驗(yàn)的各個(gè)階段，預(yù)測(cè)評(píng)估物理試驗(yàn)性能特征，也可以模擬極限工況和故障模式，在一定程度上簡(jiǎn)化、減少、甚至替代傳統(tǒng)的物理試驗(yàn)。

虛擬試驗(yàn)是系統(tǒng)仿真理論的一支，指的是采用數(shù)值模擬手段代替部分或全部硬件來建立虛擬的試驗(yàn)對(duì)象，在各種虛擬試驗(yàn)環(huán)境中試驗(yàn)者按照真實(shí)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)流程完成各種預(yù)定的試驗(yàn)項(xiàng)目，使所取得的試驗(yàn)效果接近或等價(jià)于在真實(shí)環(huán)境中所取得的效果。虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)通過高逼真度的仿真模型的建立和歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)的深度利用，使一些復(fù)雜系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的仿真驗(yàn)證從定性向定量轉(zhuǎn)變，并以物理現(xiàn)象的形式展現(xiàn)系統(tǒng)模型仿真結(jié)果，更加直觀地表現(xiàn)物理試驗(yàn)與仿真結(jié)果的對(duì)比，為復(fù)雜物理現(xiàn)象的機(jī)理分析提供有效手段。

因此，為了滿足現(xiàn)代液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研制需求，彌補(bǔ)真實(shí)試驗(yàn)與單純數(shù)值計(jì)算的不足，液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域越來越多的研究單位采用虛擬試驗(yàn)及驗(yàn)證技術(shù)，并以工程平臺(tái)的形式進(jìn)行了推廣應(yīng)用，對(duì)輔助真實(shí)試驗(yàn)，優(yōu)化試驗(yàn)流程管理和資源配置，縮短研制周期、降低研制成本和風(fēng)險(xiǎn)有顯著意義。……