本发明涉及火箭发动机，尤其是涉及一种液体火箭发动机管路接头的泄漏率预测方法和装置。
背景技术：
1、现有的液体火箭发动机管路接头泄漏率预测方法主要基于roth理论。在宏观层面上，接触面被视作光滑表面，通过有限元模拟装配过程，获得接触面的压力。在微观层面上，将接触面简化为一组环形排列的微米级等腰三角形，等腰三角形的高度与宏观层面有限元仿真得到的接触压力有关，从而得到变形后的等腰三角形高度。最后通过分子流计算公式得到泄漏率。
2、然而，上述现有的基于roth理论的预测方法在接触挤压阶段忽略了在接触面呈随机分布的粗糙微凸体，导致泄漏介质的流动区域不明确，并且roth理论仅适用于分子流的泄漏状态，这些综合因素使得漏率预估精度较差，对工程设计、加工和装配指导性低。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种液体火箭发动机管路接头的泄漏率预测方法和装置，以提升泄漏率预测精度，增加泄漏区域预测的精准度，适用的工况范围更为广泛。
2、第一方面，本发明实施例提供了一种液体火箭发动机管路接头的泄漏率预测方法，方法包括：基于火箭发动机管路接头接触面的分布特征构建球形接头和接管嘴的三维粗糙接触面；基于有限元分析方法对三维粗糙接触面的接触挤压过程进行求解得到未接触区域的间隙高度，基于未接触区域确定泄漏介质的流动区域；建立流动区域的微流动方程，基于微流动方程计算得到区域压降；将区域压降带入流量方程得到管路接头的泄漏率。
3、在本申请可选的实施例中，上述基于火箭发动机管路接头接触面的分布特征构建球形接头和接管嘴的三维粗糙接触面的步骤，包括：通过轮廓扫描仪观察火箭发动机管路接头接触面的分布特征得到粗糙面的输入参数，基于输入参数生成矩形高斯粗糙面；将火箭发动机管路接头的接触面网格化，将矩形高斯粗糙面的高度沿着接触面外法线的方向叠加在网格化后的原始节点上得到球形接头和接管嘴的三维粗糙接触面。
4、在本申请可选的实施例中，上述分布特征包括高度特征和空间特征；高度特征表征粗糙面的高度分布呈现高斯分布，空间特征通过自相关函数表述；方法还包括：基于滤波的方法保留满足高斯分布的初始高度序列中自相关函数相同的成分。
5、在本申请可选的实施例中，上述基于滤波操作保留满足高斯分布的初始高度序列中自相关函数相同的成分的步骤之后，方法还包括：基于快速傅里叶变换及其逆变换确定满足高度特征和空间特征的输出序列；通过偏态和峰度对输出序列进行验证。
6、在本申请可选的实施例中，上述基于有限元分析方法对三维粗糙接触面的接触挤压过程进行求解得到未接触区域的间隙高度，基于未接触区域确定泄漏介质的流动区域的步骤，包括：对三维粗糙接触面进行接触挤压仿真得到接触点的接触压力和未接触区域的间隙高度；通过八节点判断的方式在接触平面上确定流动区域，基于间隙高度将流动区域拉伸为三维泄漏区域。
7、在本申请可选的实施例中，上述方法还包括：在接触挤压仿真的初始阶段，在球形接头的左端面施加轴向位移载荷；将轴向位移载荷更改为轴向预紧力，轴向位移和轴向预紧力对接触面造成的影响相同，采用无摩擦支撑分别约束球形接头和接管嘴的其余平面。
8、在本申请可选的实施例中，上述通过八节点判断的方式在接触平面上确定流动区域的步骤，包括：确定接触平面的各个节点的接触压力；如果目标区域的周围8个节点的接触压力均大于0，将目标区域确定为非流动区域；确定接触平面除非流动区域之外的区域为流动区域。
9、在本申请可选的实施例中，上述建立流动区域的微流动方程的步骤，包括：基于适用于任意克努森数的雷诺方程建立流动区域的微流动方程，对流动区域进行压强分布分析。
10、在本申请可选的实施例中，上述克努森数用于判断流体是否适用于连续性假设。
11、第二方面，本发明实施例还提供一种液体火箭发动机管路接头的泄漏率预测装置，装置包括：粗糙面重构模块，用于基于火箭发动机管路接头接触面的分布特征构建球形接头和接管嘴的三维粗糙接触面；接触挤压仿真模块，用于基于有限元分析方法对三维粗糙接触面的接触挤压过程进行求解得到未接触区域的间隙高度，基于未接触区域确定泄漏介质的流动区域；微流动方程计算模块，用于建立流动区域的微流动方程，基于微流动方程计算得到区域压降；将区域压降带入流量方程得到管路接头的泄漏率。
12、本发明实施例带来了以下有益效果：
13、本发明实施例提供了一种液体火箭发动机管路接头的泄漏率预测方法和装置，可以根据火箭发动机管路接头接触面的分布特征重构三维粗糙面，从而提升泄漏率预测精度；在粗糙面接触挤压分析中考虑装配过程中接触面的间隙高度连续变化，增加了泄漏区域预测的精准度；能够计算任意克努森数的泄漏率预测问题，适用的工况范围更为广泛。
14、本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。
15、为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
1.一种液体火箭发动机管路接头的泄漏率预测方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于火箭发动机管路接头接触面的分布特征构建球形接头和接管嘴的三维粗糙接触面的步骤，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分布特征包括高度特征和空间特征；所述高度特征表征粗糙面的高度分布呈现高斯分布，所述空间特征通过自相关函数表述；所述方法还包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于滤波操作保留满足所述高斯分布的初始高度序列中所述自相关函数相同的成分的步骤之后，所述方法还包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于有限元分析方法对所述三维粗糙接触面的接触挤压过程进行求解得到未接触区域的间隙高度，基于所述未接触区域确定泄漏介质的流动区域的步骤，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过八节点判断的方式在接触平面上确定流动区域的步骤，包括：
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立所述流动区域的微流动方程的步骤，包括：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述克努森数用于判断流体是否适用于连续性假设。
10.一种液体火箭发动机管路接头的泄漏率预测装置，其特征在于，所述装置包括：
