液体火箭发动机虚拟试验技术研究

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雅宝题库解析：
液体火箭发动机在航天推进系统中占有主导地位。为了弥补液体火箭发动机真实试验与数值仿真的不足，满足新型号的发展需要，液体火箭发动机虚拟试验技术成为近几年来最活跃的研究方向，与传统发动机研制方式相比，虚拟试验技术具有集成度高、可重复性好、交互式操作方便等明显优点，可以缩短研发周期，降低产品试验的成本和风险。从本世纪初至今，许多国家和地区的虚拟试验技术已经逐渐成熟，并成功的将其应用到了材料、兵器、船舶和汽车等许多领域。而国内的研究和应用尚处于起步阶段。本论文在总结国内外相关研究成果的基础上，以液体火箭发动机为应用背景，对虚拟试验技术及相关理论进行了研究，最终发展了一套相关的研究方法。结合液体火箭发动机真实试验自身的特点，探讨了液体火箭发动机虚拟试验的概念，在分析其基本功能需求的基础上，建立了一个完整的功能模型结构，明确了各个功能模块的具体内容，为整个液体火箭发动机虚拟试验平台的进一步研究奠定了基础。针对液体火箭发动机试验台系统，进行了数值仿真研究。在分析其物理模型的基础上，探讨了发动机试验台系统模块化建模方法，提出了一种面向对象和面向切面相结合的系统仿真方法。以某姿控发动机系统为例，验证了所建模型和仿真方法的可行性和准确性。提出了一种基于层次分析法的模型验证方法。该方法将复杂的液体火箭发动机系统分解为三个层次：系统级、子系统级和部件级。整个系统的验证过程采用自下向上的策略，并用实例计算出系统的可信度，证明了数值模型的可信度和模型验证方法的可行性。这一改进的模型验证方法为整个虚拟试验技术提供了技术保障。针对液体火箭发动机试验流程离散化的特点，提出了一种基于工作流的试验流程管理方法，实现了虚拟试验流程的自动化，对统计部件信息进行了计算，为优化试验流程和资源配置提供了理论依据。面向液体火箭发动机虚拟试验流程，建立了有向的试验流程图，并以此为基础，转换成有向的信息流模型。依据该模型设计了虚拟试验平台各个功能模块的数据结构，提出了基于试验方案的数据多视图映射方法，采用对象/关系映射技术实现了试验对象信息的映射，为整个虚拟试验平台构建提供了数据基础与依据。构建了液体火箭发动机试验的虚拟环境，实现了发动机试验操作流程及场景分步展示。研究了基于碰撞检测技术的液体流动现象和基于粒子系统的发动机系统火焰表现两项关键技术。最后，将本文所研究的理论与信息技术集成运用，提出了支持系统的体系结构。结合某姿控发动机试验台，设计了试验方案，进行了数值仿真计算，并用计算结果驱动三维模型，在虚拟环境中实现了真实试验的流程。液体火箭发动机虚拟试验平台的应用取得了良好的效果，该项研究有利于推动液体火箭发动机试验的理论与实践的发展，对现阶段我国液体火箭发动机的研制具有重要的理论意义和工程实用价值。