翼柱形药柱燃面退移过程的变量化设计方法①

蔡 强，鲍福廷，丁 林，刘 旸

(西北工业大学 航天学院，西安 710072)

0 引言

固体火箭发动机翼柱形药柱具有三维复杂构型，其燃面面积很难用解析公式表达。实体造型方法［1］是目前采用的主要方法，通常对商用CAD软件进行二次开发，避免了复杂的数理方程推导，却容易因特征定义不严格，而出现特征消失或自相交，导致几何模型拓扑畸变而造型失败，且商用CAD软件计算大型药柱的时间较长，不利于方案的验证与药柱的优化设计。文献［2］中的方法仅能处理具有1组翼的药柱，其采用基于造型历史追溯的燃面算法，容易发生统计疏漏和重复。

为了解决上述问题，本文结合翼柱形药柱构型的特点，引入变量化设计方法，在几何造型内核上自主开发。通过定义统一的翼形体特征函数，给出翼形体的关键设计变量，严格控制模型参数的变化，避免了造型失败;调节三维图形变换矩阵中的比例变换因子，缩小几何模型的尺寸，显著缩短了大型翼柱形药柱的仿真时间;本文还研究新的燃面面积算法，避免统计燃面出错，并针对后翼、前后翼和大小翼等各种类型的翼柱形药柱，总结了统一的设计流程。

1 翼柱形药柱变量化仿真建模

1.1 假设条件

(1)整个翼柱形药柱表面光滑均一，没有裂纹、尖点等缺陷。

(2)翼柱形药柱的燃面同时被点燃，燃面各点的条件相同。

(3)燃面退移满足平行层燃烧定律，即燃面各点都以相同燃速向药柱内推进。

(4)翼柱形药柱的各组翼形体周向均匀分布，满足严格的循环对称条件。……