兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (10): 2944-2953.doi: 10.12382/bgxb.2022.0493
收稿日期:
2022-06-07
上线日期:
2023-10-30
通讯作者:
ZHANG Ning, SHI Jinguang*(), WANG Zhongyuan, ZHAO Xinxin
Received:
2022-06-07
Online:
2023-10-30
摘要:
为提高弹用固体燃料冲压发动机的工作性能和优化设计效率,提出一种与弹内有限空间适配的发动机性能预测及优化方法。采用带转捩的剪切应力输运和涡概念耗散方程,建立其内弹道计算模型,获得流场结构与性能参数;在此基础上,基于支持向量回归方法构建了发动机性能参数的预测模型,并结合改进非支配排序遗传算法对发动机结构进行优化。研究结果表明:新建立的内弹道计算模型,可较好地模拟发动机内燃烧与流动过程;构建的预测模型可靠性较高,与高可信度模型相比,最大相对误差小于3%;发动机结构优化后,燃烧室缩短了13.88%,补燃室增长了13.50%,燃烧效率、推力和比冲分别提高12.02%、24.22%、20.28%。
中图分类号:
张宁, 史金光, 王中原, 赵新新. 基于支持向量回归模型的弹用冲压发动机性能预测及优化[J]. 兵工学报, 2023, 44(10): 2944-2953.
ZHANG Ning, SHI Jinguang, WANG Zhongyuan, ZHAO Xinxin. Performance Prediction and Optimization of Ramjet for Projectiles Using Support Vector Regression Model[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(10): 2944-2953.
参数 | 数值 |
---|---|
ρ/(kg·m-3) | 930 |
A/(m·s-1) | 3.964 (T<722K) 0.011(T>722K) |
Ea/(J·mol-1) | 55803(T<722K) 20523(T>722K) |
表1 HTPB主要物性参数[20]
Table 1 Main parameters of HTPB[20]
参数 | 数值 |
---|---|
ρ/(kg·m-3) | 930 |
A/(m·s-1) | 3.964 (T<722K) 0.011(T>722K) |
Ea/(J·mol-1) | 55803(T<722K) 20523(T>722K) |
参数 | 数值 |
---|---|
密度/(kg·m-3) | 612 |
标准生成焓/(J·mol-1) | 110000 |
标准熵/(J·mol-1·K-1) | 278.78 |
标准热容/(J·mol-1·K-1) | 79.88 |
燃烧热/(J·mol-1) | -2541490 |
表2 C4H6主要物性参数
Table 2 Main parameters of C4H6
参数 | 数值 |
---|---|
密度/(kg·m-3) | 612 |
标准生成焓/(J·mol-1) | 110000 |
标准熵/(J·mol-1·K-1) | 278.78 |
标准热容/(J·mol-1·K-1) | 79.88 |
燃烧热/(J·mol-1) | -2541490 |
网格数/104 | F/N | η/% | 平均值/(mm·s-1) |
---|---|---|---|
14 | 253.27 | 79.17 | 0.6664 |
21 | 328.45 | 80.77 | 0.6847 |
32 | 383.06 | 84.26 | 0.7484 |
48 | 402.51 | 85.15 | 0.7598 |
72 | 412.83 | 86.31 | 0.7740 |
108 | 414.00 | 87.15 | 0.7795 |
表3 网格收敛性分析
Table 3 Grid convergence analysis
网格数/104 | F/N | η/% | 平均值/(mm·s-1) |
---|---|---|---|
14 | 253.27 | 79.17 | 0.6664 |
21 | 328.45 | 80.77 | 0.6847 |
32 | 383.06 | 84.26 | 0.7484 |
48 | 402.51 | 85.15 | 0.7598 |
72 | 412.83 | 86.31 | 0.7740 |
108 | 414.00 | 87.15 | 0.7795 |
算例 | 条件 | 结果 | ||
---|---|---|---|---|
流量/ (kg·m-2·s-1) | 温度/ K | / (mm·s-1) | / (mm·s-1) | |
1 | 0.293 | 624 | 0.576 | 0.583 |
2 | 0.308 | 615 | 0.578 | 0.589 |
表4 计算结果与实验结果的对比
Table 4 Comparison between the calculated results and experimental results
算例 | 条件 | 结果 | ||
---|---|---|---|---|
流量/ (kg·m-2·s-1) | 温度/ K | / (mm·s-1) | / (mm·s-1) | |
1 | 0.293 | 624 | 0.576 | 0.583 |
2 | 0.308 | 615 | 0.578 | 0.589 |
结构 | 参数值/mm | 变化量/% |
---|---|---|
lc | 212.72 | -13.88 |
hc | 24.00 | 20.00 |
dm | 41.67 | -16.67 |
lm | 306.45 | 13.50 |
hp | 8.40 | -30.00 |
dr | 15.18 | -15.67 |
ls | 34.68 | -7.96 |
dout | 23.55 | 13.49 |
le | 19.98 | -5.33 |
表5 优化后发动机结构参数
Table 5 Structural parameters of the optimized ramjet
结构 | 参数值/mm | 变化量/% |
---|---|---|
lc | 212.72 | -13.88 |
hc | 24.00 | 20.00 |
dm | 41.67 | -16.67 |
lm | 306.45 | 13.50 |
hp | 8.40 | -30.00 |
dr | 15.18 | -15.67 |
ls | 34.68 | -7.96 |
dout | 23.55 | 13.49 |
le | 19.98 | -5.33 |
性能指标 | 优化前 | 优化后 |
---|---|---|
/(mm·s-1) | 0.774 | 0.822 |
/(kg·s-1) | 0.041 | 0.043 |
F/N | 412.83 | 512.82 |
I/(N·s·kg-1) | 999.68 | 1107.81 |
η/% | 86.31 | 98.33 |
表6 优化前后发动机性能指标
Table 6 Performance of the ramjet
性能指标 | 优化前 | 优化后 |
---|---|---|
/(mm·s-1) | 0.774 | 0.822 |
/(kg·s-1) | 0.041 | 0.043 |
F/N | 412.83 | 512.82 |
I/(N·s·kg-1) | 999.68 | 1107.81 |
η/% | 86.31 | 98.33 |
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