(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210854224.3 (22)申请日 2022.07.14 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 申请人 北京航天动力研究所 (72)发明人 吴琼　杨帅　高瀚君　刘钊郡　 何昆　刘曌俞　李雪飞　 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/22(2020.01) G06F 30/18(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 113/14(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种火箭发动机复杂管路系统自动化建模 与分析方法 (57)摘要 本发明提出了一种火箭发动机复杂管路系 统自动化建模与分析的方法， 应用于火箭发动机 复杂管路系统建模繁琐、 管路结构种类较多和管 路布置方式相对复杂的技术要求与场景。 主要包 括： 多条空间复杂管路的建立， 复杂管路系统的 装配， 管夹的引入与位置确定、 复杂管路系统的 有限元分析和优化等。 首先， 确定各条独立管路 系统的拐点位置坐标(矩阵形式)， 其次， 按照其 独立坐标系的相互位置装配各条管路， 再次， 在 特定位置引入 管夹， 并对各部件的力学参数和材 料属性进行赋予， 设置固定边界条件， 进行网格 的划分， 最后， 对所建立复杂管路系统进行有限 元分析， 可根据实际工况要求对参数进行优化。 本发明在火箭发动机管路系统的前期整体结构 设计与优化 起到了指导性作用。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 115130352 A 2022.09.30 CN 115130352 A 1.一种火箭发动机复杂管路系统自动化建模与分析方法。 主要包括： 多条空间复杂管 路的建立， 复杂管路系统的装配， 管夹的引入与位置确定、 复杂管路系统的有限元分析和优 化等。 首先， 确定各条独立管路系统的拐点位置坐标(矩阵形式)， 其次， 按照其独立坐标系 的相互位置装配各条管路， 再次， 在特定位置引入 管夹， 并对 各部件的力学参数和材料属性 进行赋予， 设置固定边界条件， 进行网格的划分， 最后， 对所建立复杂管路系统进行有限元 分析， 可根据实际工况要求对参数进行优化。 2.根据权利要求1所述的自动化建模方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： 第一步， 建立第P1、 P2、……Pi条管路的所有坐标点(拐点)的坐标位置， 并用矩阵形式表 示： 矩阵中， 横行表示单条管路的所有坐标， O1、 O2、……Oi表示其建模的i个独立坐标系， 纵 列表示每条 管路的相互关系， 其中每条 管路的坐标点数量可能存在α ≠β ≠γ的关系式； 第二步， 可分别对所述每条独立的空间管路设置其尺寸参数， 包括管路半径、 管路壁 厚、 管路折弯半径 等， 并通过该参数创建截面属性， 进一步利用路径扫略的方法建立三 维模 型， 所设置的参数 管路之间相互独立， 单 条管路具有相同的尺寸 参数； 第三步， 在复杂管路系统坐标系O下， 按照O1、 O2、……Oi之间的位置关系进行复杂管路 系统的装配， 相互之间的位置关系通过 预设点位置进行约束； 第四步， 针对装配完成后的复杂管路系统， 进一步引入管夹并进行位置约束， 管夹PC1、 PC2、……PCζ的夹持原则为： 按照相邻两条管路Pi‑1和Pi的四个相邻点[Pi‑1(xα‑1， yα‑1， zα‑1)， Pi‑1(xα， yα， zα)， Pi(xβ‑1， yβ‑1， zβ‑1)， Pi(xβ， yβ， zβ)]， 其中， 四个拐点的三轴向坐标有其中两个 相同， 即可完成管路的夹持， 并且夹持位置可以在该 段管路任意选取， 达 到优化的目标； 第五步， 针对所建管路P1、 P2、……Pi和管夹PC1、 PC2、……PCζ的三维模型， 对其材料属性 进行赋予， 在此可根据实际发动机设计时所选的材料， 主要包括了密度、 弹性模量、 泊松比 和阻尼系数等， 为有限元分析提供基础参数支撑； 第六步， 对上述所建复杂管路装配体三维模型进行边界条件的支撑固定， 其中可选择 的固定点为复杂管路系统入口的P1(x1， y1， z1)、 P2(x1， y1， z1)、……Pi(x1， y1， z1)和管路系统 出口的P1(xα， yα， zα)、 P2(xβ， yβ， zβ)、……Pi(xγ， yγ， zγ)等； 第七步， 针对所建复杂管路系统的三维模型， 进行各部件的网格划分， 在此步骤时， 根 据所建部件的尺寸、 形状和特 征等属性进行多次网格调节， 达 到最终分析效果 最优的目的； 第八步， 对上述所有步骤完成的复杂管路系统， 可进行有限元分析， 主要包括： 静刚度 分析、 模态分析和随机振动分析等， 通过仿真计算得到管路系统的固有频率和结构的薄弱 位置， 为优化 提供了技 术支撑； 第九步， 通过第八步仿真得到的结果， 按照优先顺序对管路系统进行优化， 其中： ①针 对所建薄弱的管路， 进一步优化管路的尺寸参数， 主要包括了提高管路半径、 增大壁 厚和改 变折弯半径的等， ②根据管夹的夹持位置， 优化所在系统中的位置， 能够达到调频和改变振权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115130352 A 2型的目的等， ③改变各部件的材料属性参数， 可调整建立不同材料的模型， 提高管路系统刚 度和稳定性的目的； 第十步， 通过上述一系列过程， 包括复杂管路系统 的整个建模及 分析和优化的过程， 能 够满足实际发动机 工况和服役需求时， 该自动化建模及分析 方法结束。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115130352 A 3