环形防热层变厚度设计方法、装置、设备及介质

本发明涉及热防护系统设计领域，尤其是存在迎风/背风加热不均匀情况下的环形防热层变厚度设计方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、各种类型航天器在飞行过程中将承受大小不等、分布各异的加热环境。为了确保航天器主体结构功能正常，在航天器表面往往设计一层防隔热结构，用以抵抗来自外界环境的加热、冲刷或者烧蚀。从热防护机理看，这种热防护形式属于被动热防护范畴，其防隔热性能的优劣除了取决于防热材料耐温性能，很大程度上也依赖于防热层厚度的大小。

2、另一方面，对于环形结构比如航天器上的环形结构，其防热层一般也保持环形，往往采取等厚度设计。然而在存在梯度加热的热环境下，环形结构高热流区与低热流区的热流差异很大，甚至会导致高热流区与低热流区表面温度存在几百度的差异。为了满足设计要求，在进行环形结构其环形防热层厚度设计过程中一般选用高热流区热环境数据作为设计输入，造成低热流区防热层过度隔热，造成结构厚度与质量笨重。

技术实现思路

1、针对现有技术环形结构采用等厚度环形防热层设计所存在的缺陷，本发明提供一种环形防热层变厚度设计方法、装置、设备及介质。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一方面，本发明提供一种环形防热层变厚度设计方法，包括以下步骤：

4、s1. 确定环形结构的梯度加热的热环境数据；

5、s2. 确定环形结构设置的环形防热层的防热材料；

6、s3. 确定环形结构的热防护要求；

7、s4. 基于环形结构的梯度加热的热环境数据，确定满足热防护要求的具有等厚度环形防热层的环形结构的高热流区厚度、低热流区厚度；

8、s5. 根据满足热防护要求的具有等厚度环形防热层的环形结构的高热流区厚度、低热流区厚度，计算变厚度环形防热层的初始偏心值；

9、s6. 对具有当前偏心值的变厚度环形防热层的环形结构建模，并采用有限体积法进行三维传热分析，获取具有当前偏心值的变厚度环形防热层的环形结构表面温度，包括高热流区冷壁温度、低热流区冷壁温度；

10、s7. 验证具有当前偏心值的变厚度环形防热层的环形结构的隔热性能，获取满足热防护要求的变厚度环形防热层设计方案。

11、另一方面，提供一种环形防热层变厚度设计装置，包括以下步骤：

12、第一模块，用于确定环形结构的梯度加热的热环境数据；

13、第二模块，用于确定环形结构设置的环形防热层的防热材料；

14、第三模块，用于确定环形结构的热防护要求；

15、第四模块，用于基于环形结构的梯度加热的热环境数据，确定满足热防护要求的具有等厚度环形防热层的环形结构的高热流区厚度、低热流区厚度；

16、第五模块，用于根据满足热防护要求的具有等厚度环形防热层的环形结构的高热流区厚度、低热流区厚度，计算变厚度环形防热层的初始偏心值；

17、第六模块，用于对具有当前偏心值的变厚度环形防热层的环形结构建模，并进行三维传热分析，获取具有当前偏心值的变厚度环形防热层的环形结构表面温度，包括高热流区冷壁温度、低热流区冷壁温度；

18、第七模块，用于验证具有当前偏心值的变厚度环形防热层的环形结构的隔热性能，获取满足热防护要求的变厚度环形防热层设计方案。

19、另一方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现环形防热层变厚度设计方法的步骤。

20、另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现环形防热层变厚度设计方法的步骤。

21、针对现有技术环形结构采用等厚度环形防热层设计所存在的缺陷，本发明提供一种环形防热层变厚度设计方法，本发明综合考虑环形结构高热流区、低热流区热流差异，采取中轴线偏心的方式，增大高热流区防热层厚度、减少低热流区防热层厚度，在满足热防护要求的前提下使防热层整体质量与空间利用进一步优化。进一步地，为了获得最优热防护要求的变厚度环形防热层设计方案，本发明还提出，通过验证具有当前偏心值的变厚度环形防热层的环形结构的隔热性能，不断的修正设计方案，直至获取满足热防护要求的变厚度环形防热层设计方案。

技术特征：

1.环形防热层变厚度设计方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的环形防热层变厚度设计方法，其特征在于，环形结构的梯度加热的热环境数据以以下任一种形式给出：第一种形式包括冷壁热流密度、焓值、恢复温度以及表面辐射系数，第二种形式包括热壁热流密度以及表面辐射系数，第三种形式包括环形结构表面温度，第四种形式包括环形结构表面对流换热系数以及来流温度。

3.根据权利要求1所述的环形防热层变厚度设计方法，其特征在于，确定满足热防护要求的具有等厚度环形防热层的环形结构的高热流区厚度、低热流区厚度，包括：

4.根据权利要求3所述的环形防热层变厚度设计方法，其特征在于，变厚度环形防热层的初始偏心值。

5.根据权利要求4所述的环形防热层变厚度设计方法，其特征在于，s7中，验证具有当前偏心值的变厚度环形防热层的环形结构的隔热性能，获取满足热防护要求的变厚度环形防热层设计方案，包括：

6.一种环形防热层变厚度设计装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的环形防热层变厚度设计装置，其特征在于，第一模块中，环形结构的梯度加热的热环境数据以以下任一种形式给出：第一种形式包括冷壁热流密度、焓值、恢复温度以及表面辐射系数，第二种形式包括热壁热流密度以及表面辐射系数，第三种形式包括环形结构表面温度，第四种形式包括环形结构表面对流换热系数以及来流温度。

8.根据权利要求6或7所述的环形防热层变厚度设计装置，其特征在于，第七模块中，验证具有当前偏心值的变厚度环形防热层的环形结构的隔热性能，获取满足热防护要求的变厚度环形防热层设计方案，包括：

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，其特征在于，处理器执行计算机程序时实现如权利要求1所述环形防热层变厚度设计方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1所述环形防热层变厚度设计方法的步骤。

技术总结
一种环形防热层变厚度设计方法、装置、设备及介质，包括：确定环形结构的梯度加热的热环境数据、防热材料及热防护要求；基于环形结构的梯度加热的热环境数据，确定满足热防护要求的具有等厚度环形防热层的环形结构的高热流区厚度、低热流区厚度，并计算变厚度环形防热层的初始偏心值；对具有当前偏心值的变厚度环形防热层的环形结构建模，并进行三维传热分析，获取具有当前偏心值的变厚度环形防热层的环形结构表面温度，包括高热流区冷壁温度、低热流区冷壁温度；验证具有当前偏心值的变厚度环形防热层的环形结构的隔热性能，获取满足热防护要求的变厚度环形防热层设计方案。本发明使防热层整体质量与空间利用得到进一步优化。

技术研发人员：王德全,丁瑞,刘冰,王志祥,王林,钮耀斌,李世斌
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/27