● 摘要
装药设计是固体火箭发动机设计的核心。在目前状况下研究使用新的方法去研究装药实体造型及几何燃烧过程的可视化，从根本上解决复杂的形状各异的装药的燃面变化模拟，是本论文的研究目的。论文开发了一种使用方便的软件，为科技工作者在进行发动机的设计过程中解决药柱几何实体造型、燃面退移可视化及装药几何质量特性与内弹道性能计算的问题提供了一个工具。本文在分析了当前固体火箭发动机装药设计和燃面计算现状的基础上，深入研究了计算机图形库OpenGL，从药柱实体设计和燃面退移仿真的难点出发，开发了一个基于OpenGL的固体火箭发动机装药CAD与几何燃烧过程可视化软件。该软件可划分为三大基本功能模块，分别是三维药柱模型设计模块，装药燃面退移仿真模块，以及内弹道性能计算模块。三维装药建模的基本思想是：将药柱划分为简单装药模型与复杂装药模型两大类，利用B样条曲线/曲面造型技术构造旋转体、拉伸体等简单一维、二维装药实体模型；通过3DS模型数据转换文件生成点云，使用OpenGL绘制函数实现翼柱形等复杂装药模型的复现。对药柱模型进行燃烧仿真计算，通过B样条曲线/曲面正算技术求得燃面的法矢等几何参数，根据平行层燃烧规律，使燃面沿法向等速推移，使用B样条反求技术，更新燃面，重新绘制，从而完成了燃面退移的仿真，计算出药柱的几何与质量特性。对该装药的内弹道性能进行计算，得出燃烧室压强变化曲线。基于OpenGL的固体火箭发动机装药CAD及几何燃烧可视化系统能够实时精确地显示任一燃烧肉厚下的药柱三维图形，动态地展现了药柱燃烧的几何退移过程，并能绘制出该装药的内弹道性能曲线和质量、几何属性随时间变化的曲线。该系统具有自动化、程序化的特点，使设计者能够直观地判断设计的合理性，从而大幅度提高发动机设计效率。