阅读时间：4分钟 丹尼尔·霍夫波尔 2026年8月21日 文章内容 欲了解更多信息，请联系马克·K·利德，格伦研究中心，mark.leader@nasa.gov 下载 PDF 版本。NASA 的化学平衡应用 (CEA) 代码是推进系统分析的基础工具。它提供平衡化学、火箭性能、冲击和爆炸计算，这些计算在 NASA 和更广泛的航空航天社区中使用。NASA 工程与安全中心 (NESC) 活动 TI-22-01730将遗留版本的 CEA2 Fortran 代码现代化为 CEA v3，这是一个 Fortran 2008 的面向对象软件包，具有扩展的接口支持、更新的热化学数据、改进的可维护性和显著改善的工作流程集成。现代化的代码在保留与遗留 CEA 输入工作流程的向后兼容性的同时，支持从现代分析环境（如 Python、C、MATLAB 和自动设计研究）直接使用。CEA2 于 2002 年发布，一直被广泛用于推进和热化学分析。然而，原始的过程 Fortran 实现由于缺乏子程序接口，维护、扩展和与现代工程工作流程的集成变得越来越困难。当前的推进分析越来越需要自动化的参数扫描、与其他建模工具和工程工作流程的集成，以及对新兴推进剂和燃料的支持，包括绿色推进剂和可持续航空燃料。这些需求促成了全面的现代化努力，以保留 CEA 已验证的技术基础，同时提高其可维护性、可用性和与现代工程软件的集成。CEA v3 使用 Fortran 2008 中的面向对象数据结构、更严格的类型定义和线程安全的平衡求解器架构实现。该软件支持 Fortran、C、Python、MATLAB 和 Excel 接口。这些接口允许 CEA 直接用于自动化分析流程、多学科设计框架和高容量的实验设计研究中。通过传统的命令行界面支持向后兼容性，允许现有的 CEA 输入文件和工作流程在最小干扰的情况下继续使用。热力学数据库已扩展，以支持与当前 NASA 应用相关的更多推进剂和燃料，包括绿色推进剂成分（如 ADN、HAN 和 LMP-103S）以及可持续航空燃料候选物（如 n-丁醇）。这种扩展的物种覆盖增强了 CEA 在下一代推进、绿色推进剂和可持续航空燃料研究中的适用性。CEA v3 增加或改进了对几种建模能力的支持，包括：子程序接口，允许直接集成和高容量计算；负反应物量；惰性烃燃料表示，包括 RP-1、Jet-A 和 JP 系列燃料；用于与优化和灵敏度分析工作流耦合的解析总导数。对于单独使用，CEA v3 中的单个平衡计算比可比的 CEA2 计算稍慢，因为现代化架构和增加的稳健性引入了额外的计算开销。在代表性测试中，单次计算的时间约慢 40%，但绝对差异仅约为每个案例 0.004 秒。然而，现代化的架构为多案例工作流程提供了显著的性能优势，这在实验设计研究、参数扫描、优化和不确定性分析中非常常见。在一次基准测试中，一个 108,500 个案例的扫描在大约 1.11 秒内完成，而使用 CEA2 则约需 15 分钟。这对应于该工作流程运行时间的大约 800 倍减少。这些改进使大规模推进交叉研究和自动化设计空间探索变得更加实用。NASA 工程用户应考虑以下指导：在可能的情况下，使用 CEA v3 进行新的推进和热化学分析，以利用现代化接口、扩展数据库和改进的工作流程集成。对于自动化工作流程，包括参数扫描、优化研究和迭代设计分析，使用 Python、MATLAB 或 C 接口。对于绿色推进剂和可持续航空燃料研究，在相关物种得到验证并包含在输入时，使用更新后的物种数据库。当需要与遗留 CEA 工作流程或输入文件保持连续性时，请使用经典命令行界面。在将已建立的 CEA2 工作流程过渡到 CEA v3 时，特别是对于任务关键分析或依赖于遗留假设的案例，应保留适当的工程审核和验证。NASA/TM–20260007987 CEA 文档：https://nasa.github.io/cea CEA 仓库：https://github.com/nasa/cea