A method for determining the heat insulation effect of thermal protection layer under thermal vacuum environment, II rocket often work in a vacuum environment, strong heat flux near the engine of the servo single by the vacuum cold environment and engine, poor working environment. In order to prevent the thermal vacuum environment from affecting the normal operation of the servo mechanism and other single machines, thermal protection layer is adopted to protect it. In the design process of the thermal protection layer, the thermal protection layer is equipped with test or theoretical calculation to obtain the design parameters required, however the development schedule and test conditions, the test can not meet the requirements of the traditional carrying. The invention adopts the method of theoretical calculation to obtain the heat insulation effect of the heat protection layer, and provides the necessary basis for the design of the thermal protective clothing.
【技术实现步骤摘要】
一种在热真空环境下热防护层隔热效果的确定方法
本专利技术涉及一种在热真空环境下用的热防护层,确定其隔热效果的一种方法。
技术介绍
II级火箭常工作在真空环境中,由于发动机回流和沉底发动机热流的影响,II级伺服机构等单机产品承受真空冷环境和强热流作用。强热流作用时,伺服机构机体表面温度迅速升高,并将热量传递给内部油液使其迅速升温。为保证工作任务期间各系统工作正常,常常需对热敏感产品、部位采取热防护措施。现役火箭II级伺服机构热防护方案是在远离伺服机构上方的发动机机架上悬挂“庇帘”遮挡热流,将其影响降低到可接受的程度。在真空、热流环境下热防护层的隔热效果,通常只通过试验解决具体问题,对于滑行时段伺服系统温度特性的研究,主要也是借助于飞行搭载试验。受安装方式的影响,“庇帘”只能在部分火箭上应用。正在研制中的某新型火箭II级伺服系统需承受的热流强度高于现役火箭,安装方式也与之不同,“庇帘”无法满足隔热要求。设计新型伺服机构热防护方案时,需要对隔热效果进行计算,在没有充分试验条件的情况下,传统的隔热效果确定方法已不能满足需求。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是:克服现有技术的不足,提供了一种热真空环境下用热防护层隔热效果的计算方法,通过非稳态热模型建模及其求解方法,得到热防护层的隔热温度值。本专利技术的技术解决方案是:一种在热真空环境下热防护层隔热效果的确定方法,步骤如下:(1)建立热防护层坐标系,原点选在热防护层内表面,x轴为厚度方向,y轴为热防护层长度方向;(2)令热防护层的导热微分方程为其中T表示温度,t表示时间,a为热交换系数;(3)令所述导热微分方程的 ...
【技术保护点】
一种在热真空环境下热防护层隔热效果的确定方法,其特征在于步骤如下:(1)建立热防护层坐标系,原点选在热防护层内表面,x轴为厚度方向,y轴为热防护层长度方向;(2)令热防护层的导热微分方程为
【技术特征摘要】
1.一种在热真空环境下热防护层隔热效果的确定方法,其特征在于步骤如下:(1)建立热防护层坐标系,原点选在热防护层内表面,x轴为厚度方向,y轴为热防护层长度方向;(2)令热防护层的导热微分方程为其中T表示温度,t表示时间,a为热交换系数;(3)设定所述导热微分方程的初始条件;(4)设定所述导热微分方程的边界条件;(5)将层厚度沿x坐标方向以等间距Δx分割为N段,对时间t按等时间间隔Δt分割成M段,用i=0,1,2,…,N表示节点的x坐标位置,用k=0,1,2,…,M表示节点的时刻,每个节点(i,k)的温度用表示;(6)对步骤(2)中的导热微分方程和步骤(4)中所述导热微分方程的边界条件用一阶向前差分方法,将一阶偏导数进行改写;(7)对步骤(2)的导热微分方程中的二阶偏导数采用二阶中心差分方法改写;(8)将步骤(6)和步骤(7)得到的一阶偏导数和二阶偏导数带入步步骤(2)的导热微分方程中;(9)令得到一维非稳态导热的内节点i=1,2,…,N-1的离散温度方程式;(10)对于边界节点i=N,即热防护层的外表面,确定离散温度方程;(11)对于边界节点i=0,即热防护层的内表面,确定离散温度方程;(12)根据毕渥准则Bi<0.1时,忽略物体内部热阻,采用集总参数法分析传热系统,将带入毕渥准则,得到Δx的值,将Δx代入公式得到N的值;(13)根据一维非稳态导热内节点温度显式差分格式的稳定性条件Fo≤0.5,选取合适的Δt,具体为:将稳定性条件Fo≤0.5带入步骤(9)式中,则推导出Δt的值,根据预设的热防护层外表面受到热流加载的总时间t总,通过公式M=t总/Δt计算时间分割点数M;(14)根据步骤(9)、(10)和(11)中的离散温度方程以及步骤(12)和(13)中得到的N、Δx和Δt,由步骤(3)中的初始条件,逐个计算出各节点Δt时刻温度,然后以Δt时刻各节点温度计算出2Δt时刻各节点温度,依此类推,直至所需时刻;至此在所需时刻的热防护层内外两面的温度计算完成,热防护层内外两面的温度差即为隔热效果。2.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员:吕凤实,张晓莎,尹传威,王增,景光辉,王学,
申请(专利权)人:北京精密机电控制设备研究所,中国运载火箭技术研究院,
类型:发明
国别省市:北京,11
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