【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及可重复使用飞行器前舱热防护系统优化设计领域,特别涉及一种可重复使用飞行器前舱热防护系统多目标可靠性优化设计方法。
技术介绍
可重复使用飞行器再入返回飞行时间长,飞行空域跨度大,马赫数范围大,再入返回过程中要经历严酷的气动加热。特别是机头锥、机翼前缘等部位受到的气动加热更为严重。为了保证飞行员的安全和机载设备的正常运转,在高超音速飞行器上铺设热防护系统是必不可少的,热防护结构的质量不仅关系到制造成本还影响飞行器的整体性能。因此,热防护系统设计是决定可重复使用飞行器成败的关键技术之一,意义重大。可重复使用飞行器前舱热防护系统的热分析涉及严酷瞬态热环境下复杂的热传输机理。飞行器完整弹道过程中,热传导、热辐射和热对流三种传热机制同时存在,三者相互影响、相互耦合在一起,传热方程表现为强非线性。同时材料性能,包括导热系数、发射率等,随着压力和温度的变化呈非线性变化。因此为了设计隔热性能好、成本低的热防护系统,必须深入研究热防护系统的传热机理、非线性传热方程求解和传热过程先进数值模拟技术。另一方面,可重复使用飞行器的高空高速特点能够在一定范围内有效规避雷达和红外探测,因此长时期内高超声速飞行器隐身性能并不作为考虑重点。然而,随着反隐身技术的发展,可重复使用飞行器隐身技术逐渐纳入各大研究机构的研究框架内。相比于雷达隐身,可重复使用飞行器飞行马赫数大,表面气动加热引起的红外热辐射是其主要的辐射源之一。因此,如何降低可重复使用飞行器表面可探测的红外辐射强度是热防护系统设计中需要重点考虑的问题之一。在常规高超声速热防护系统设计优化过程中,结构所处的载荷环境、结构 ...
【技术保护点】
一种可重复使用飞行器前舱热防护系统多目标可靠性优化设计方法,其特征在于实现步骤如下:步骤(1)、根据可重复使用飞行器前舱热防护系统温度分布和构型需求,将前舱热防护系统分为m个区域;步骤(2)、选取步骤(1)中的各个区域热防护系统厚度作为设计变量,记为X,X=(x1,x2,…,xn),n为步骤(1)中所涉及厚度数目之和;各厚度被限定在给定范围内,即xi∈[xi_min,xi_max],i=1,2,…,n,其中xi_min为给定xi范围的最小值,xi_max为给定xi范围的最大值,一般依靠工程经验以及工程造价条件给定;步骤(3)、飞行器前舱热防护系统有限元模型参数化建立:在几何建模时,提取各设计变量作为控制三维模型的特征参数,当各设计变量在给定范围内任意改变时,能够实现几何自动建模,从而完成基于所选设计变量的几何参数化建模;步骤(4)、采用以几何模型为驱动的有限元模型参数化建模方法,实现飞行器前舱热防护系统有限元模型参数化建立;步骤(5)、基于再入过程弹道数据,采用耦合传热方法,考虑气动热与结构传热之间的相互影响,实现全弹道过程中前舱热防护系统瞬态温度场分析;步骤(6)、考虑材料分散性,以 ...
【技术特征摘要】
1.一种可重复使用飞行器前舱热防护系统多目标可靠性优化设计方法,其特征在于实现步骤如下:步骤(1)、根据可重复使用飞行器前舱热防护系统温度分布和构型需求,将前舱热防护系统分为m个区域;步骤(2)、选取步骤(1)中的各个区域热防护系统厚度作为设计变量,记为X,X=(x1,x2,…,xn),n为步骤(1)中所涉及厚度数目之和;各厚度被限定在给定范围内,即xi∈[xi_min,xi_max],i=1,2,…,n,其中xi_min为给定xi范围的最小值,xi_max为给定xi范围的最大值,一般依靠工程经验以及工程造价条件给定;步骤(3)、飞行器前舱热防护系统有限元模型参数化建立:在几何建模时,提取各设计变量作为控制三维模型的特征参数,当各设计变量在给定范围内任意改变时,能够实现几何自动建模,从而完成基于所选设计变量的几何参数化建模;步骤(4)、采用以几何模型为驱动的有限元模型参数化建模方法,实现飞行器前舱热防护系统有限元模型参数化建立;步骤(5)、基于再入过程弹道数据,采用耦合传热方法,考虑气动热与结构传热之间的相互影响,实现全弹道过程中前舱热防护系统瞬态温度场分析;步骤(6)、考虑材料分散性,以材料导热系数和发射率为区间不确定输入参数,通过不确定分析方法实现全弹道过程中前舱热防护系统瞬态温度场不确定分析,得到热防护系统内表面最高温度界限的时间历程,记为步骤(7)、给定热防护系统内表面最高温度许用范围引入非概率可靠性指标,计算实际弹道过程中各时刻热防护系统内表面温度小于许用最高温度的可靠度步骤(8)、基于步骤(4)得到的有限元模型,提取表面网格信息,面网格数目为N,每个网格可当成是一个红外辐射面源,根据红外辐射强度理论,可得到任一辐射源的辐射亮度,记为Lk,k=1,2,…,N,表达式为: L k = ∫ λ 2 λ 1 ϵ ( λ ) C 1 πλ 5 ( 1 e ( C 2 / λT ...
【专利技术属性】
技术研发人员:王晓军,王睿星,王磊,陈贤佳,樊维超,耿新宇,
申请(专利权)人:北京航空航天大学,
类型:发明
国别省市:北京;11
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