液体火箭发动机是大型运载火箭以及空间飞行器的主要动力装置,在军事和民用航天领域都有广泛的应用,发挥着重要的作用。液体火箭发动机具有复杂度高、集成度高、跨学科众多和工况严酷难以仿真等特点,长期以来,存在设计手段相对落后的问题,多采用试验、经验半经验方法来逐步逼近设计目标。这种现状存在的主要问题在于:一方面设计效率很低,无法满足日益灵活的运载需要和适应迅猛发展的技术进步;另一方面,造成设计成本高昂,尤其是大量的发动机试验,耗资巨大。因此,现实迫切需要研究和开发一个专业的、集成度高的设计平台,丰富液体火箭发动机的设计手段,提高设计水平。 本文的主要工作面向液体火箭发动机设计CAD技术,并选择再生冷却式液体火箭发动机推力室设计CAD技术研究作为方向。较系统地分析了再生冷却式液体火箭发动机推力室设计CAD系统的组成和框架,以面向对象技术和集成的大型有限元软件ANSYS二次开发技术为基础建立系统。主要解决了以下几个关键问题: (1) 对再生冷却式液体火箭发动机工作机理进行了详尽研究,对各种设计方法进行了归纳和总结,确定了CAD系统的基本架构、关键技术和实现方法,为进一步研究打下了基础。 (2) 基本实现了一个较为完善的再生冷却式液体火箭发动机推力室初步设计CAD系统,系统能够完成大部分推力室设计相关工作,由数据库支持提供较为全面的设计数据,并集成了比较多样的工程实用设计方法,系统界面友好,交互性强,具有一定应用和发展价值。 (3) 利用ANSYS的参数化设计语言(APDL)和Windows多线程技术,对ANSYS软件进行了二次开发,丰富了系统的设计工具,扩大了用户的选择范围,同时解决了诸如流固耦合传热等经验算法较为难解决的仿真问题,有较大实用价值。 系统采用C++Buider5.0作为主要开发环境,运用面向对象方法合理划分液体火箭发动机推力室各个组/构件,界定各个物理/数据界面。将来的进一步开发可以在这个架构及基本数据结构支持下,通过继续完善和发展、丰富各个相对独立的组/构件模块来实现,并可以通过动态链接技术引入已有的其它成熟模块,扩展系统规模。这就保证了本系统有较强的通用性,扩展性、可维护性。