本申请公开了一种多层防热结构接续烧蚀时的处理方法、装置、设备和介质，涉及航天飞行器防热系统领域，包括分别建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层和承力结构层的内部温度场的方程；烧蚀单元层至少为两层；确定边界条件，边界条件包括烧蚀层与隔热层的边界条件、隔热层和承力结构层的边界条件、烧蚀层烧蚀表面的边界条件；烧蚀层烧蚀表面的边界条件包括壁温；对所有的内部温度场的方程和边界条件进行差分离散，得到差分方程；根据差分方程确定未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层、承力结构层的内部温度场的温度和壁温。本申请在烧蚀层接续烧蚀时将隔热层和承力结构层的内部温度场考虑在内，得到不同材料层的温度，提升烧蚀形貌和温度场计算准确性。温度场计算准确性。温度场计算准确性。
【技术实现步骤摘要】
多层防热结构接续烧蚀时的处理方法、装置、设备和介质
[0001]本申请涉及航天飞行器防热系统领域，特别是涉及一种多层防热结构接续烧蚀时的处理方法、装置、电子设备和计算机可读存储介质。
技术介绍
[0002]航天飞行器热防护系统通常设计为多层结构形式，最外面的为烧蚀层，中间为隔热层，内部为承力结构层。为了减轻热防护系统重量、加强表面向外辐射散热或者保温目的，最外面的烧蚀层会由多种不同类型的烧蚀材料制成，例如，最外面为防热涂层，向里面依次为保温层、高密度烧蚀材料层、中密度烧蚀层等。飞行器在进入大气层飞行过程中，外层材料依次被烧掉，出现多种材料接续烧蚀的情况。目前，烧蚀计算方法在烧蚀过程中通常只能处理一层烧蚀材料，并不能处理两层以上烧蚀材料接续烧蚀，并未考虑到隔热层和承力结构层对烧蚀层的影响，导致计算出的热防护系统的各层温度偏差较大。
[0003]因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。
技术实现思路
[0004]本申请的目的是提供一种多层防热结构接续烧蚀时的处理方法、装置、电子设备和计算机可读存储介质，以准确获得多层防热结构的温度分布。
[0005]为解决上述技术问题，本申请提供一种多层防热结构接续烧蚀时的处理方法，包括：分别建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层和承力结构层的内部温度场的方程；所述烧蚀单元层至少为两层；确定边界条件，所述边界条件包括所述烧蚀层与所述隔热层的边界条件、所述隔热层和所述承力结构层的边界条件、所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件；所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件包括壁温；对所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散，得到差分方程；根据所述差分方程确定未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度以及壁温。
[0006]可选的，还包括：分别建立所述烧蚀层中各个烧蚀单元层、所述隔热层和所述承力结构层的热物性参数与对应的层结构厚度的关系；根据当前烧蚀量确定当前最外层的所述烧蚀单元层；根据当前最外层的所述烧蚀单元层的类型确定对应的用于确定下一时刻烧蚀量的烧蚀模型；根据所述关系确定当前最外层的所述烧蚀单元层的热物性参数；根据所述热物性参数、未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度、壁温、热解气体质量流率和所述烧蚀模型确定下一时刻烧蚀量。
[0007]可选的，分别建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层和承力结构层的内部温度场的方程包括：建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层的内部温度场的方程为：其中，其中，为热解气体质量流率，为热解反应速率，为热解热，为第s层烧蚀单元层的密度，为第s层烧蚀单元层的比热容，k
s
为第s层烧蚀单元层的导热系数，T为未烧蚀的烧蚀单元层的内部温度场的温度，t为烧蚀时间，为定压比热，为气体密度，为温度T在传热方向y方向的梯度；建立隔热层的内部温度场的方程为：其中，为隔热层的密度，为隔热层的比热容，为隔热层的导热系数，为隔热层的内部温度场的温度，为温度在传热方向y方向的梯度；建立承力结构层的内部温度场的方程为：其中，为承力结构层的密度，为承力结构层的比热容，为承力结构层的导热系数，为承力结构层的内部温度场的温度，为温度在传热方向y方向的梯度。
[0008]可选的，所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件为：其中，为考虑了烧蚀效应后从烧蚀层表面传入多层防热结构内部的净热流，为辐射系数，为斯特藩
‑
玻尔兹曼参数，为烧蚀层的壁温，k
s
为第s层烧蚀单元层的导热系数。
[0009]可选的，根据所述差分方程确定未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度以及壁温包括：利用三对角追赶法、LU分解法、直接矩阵求逆矩阵法中任一种方法，根据所述差分方程确定未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度以
及壁温。
[0010]可选的，对所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散之前，还包括：将处于固定坐标系中的所有的内部温度场的方程和所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件转换至随烧蚀表面退缩的动坐标系中的方程和边界条件；相应的，对所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散包括：对转换后的所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散。
[0011]本申请还提供一种多层防热结构接续烧蚀时的处理装置，包括：第一建立模块，用于分别建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层和承力结构层的内部温度场的方程；所述烧蚀单元层至少为两层；第一确定模块，用于确定边界条件，所述边界条件包括所述烧蚀层与所述隔热层的边界条件、所述隔热层和所述承力结构层的边界条件、所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件；所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件包括壁温；差分离散模块，用于对所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散，得到差分方程；第二确定模块，用于根据所述差分方程确定未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度以及壁温。
[0012]可选的，还包括：转换模块，用于将处于固定坐标系中的所有的内部温度场的方程和所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件转换至随烧蚀表面退缩的动坐标系中的方程和边界条件；相应的，所述差分离散模块用于对转换后的所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散，得到差分方程。
[0013]本申请还提供一种电子设备，其特征在于，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述任一种所述多层防热结构接续烧蚀时的处理方法的步骤。
[0014]本申请还提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一种所述多层防热结构接续烧蚀时的处理方法的步骤。
[0015]本申请所提供的一种多层防热结构接续烧蚀时的处理方法，包括：分别建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层和承力结构层的内部温度场的方程；所述烧蚀单元层至少为两层；确定边界条件，所述边界条件包括所述烧蚀层与所述隔热层的边界条件、所述隔热层和所述承力结构层的边界条件、所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件；所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件包括壁温；对所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散，得到差分方程；根据所述差分方程确定未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度以及壁温。
[0016]可见，本申请中烧蚀层中至少包括两层烧蚀单元层，对未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层以及承力结构层分别建立对应的内部温度场的方程，确定烧蚀层、隔热层以及承力结构层之间的边界条件以及烧蚀层烧蚀表面的边界条件，再对烧蚀层、隔热层以及承力结构层各自的内部温度场方程和边界条件进行差分离散，进而根据差分离散方程确定未烧蚀的烧
蚀单元层、隔热层以及承力结构层的内部温度以及壁温，即可以得到多层防热结构各层的温度分布。本申请在烧蚀单元层接续烧蚀的过程中将不会烧蚀的隔热层和承力结构层的内部温度场考虑在内，提升温度的准确性。
[0017]此外，本申请还提本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多层防热结构接续烧蚀时的处理方法，其特征在于，包括：分别建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层和承力结构层的内部温度场的方程；所述烧蚀单元层至少为两层；确定边界条件，所述边界条件包括所述烧蚀层与所述隔热层的边界条件、所述隔热层和所述承力结构层的边界条件、所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件；所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件包括壁温；对所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散，得到差分方程；根据所述差分方程确定未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度以及壁温。2.如权利要求1所述的多层防热结构接续烧蚀时的处理方法，其特征在于，还包括：分别建立所述烧蚀层中各个烧蚀单元层、所述隔热层和所述承力结构层的热物性参数与对应的层结构厚度的关系；根据当前烧蚀量确定当前最外层的所述烧蚀单元层；根据当前最外层的所述烧蚀单元层的类型确定对应的用于确定下一时刻烧蚀量的烧蚀模型；根据所述关系确定当前最外层的所述烧蚀单元层的热物性参数；根据所述热物性参数、未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度、壁温、热解气体质量流率和所述烧蚀模型确定下一时刻烧蚀量。3.如权利要求1所述的多层防热结构接续烧蚀时的处理方法，其特征在于，分别建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层和承力结构层的内部温度场的方程包括：建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层的内部温度场的方程为：其中，为热解气体质量流率，为热解反应速率，为热解热，为第s层烧蚀单元层的密度，为第s层烧蚀单元层的比热容，k
s
为第s层烧蚀单元层的导热系数，T为未烧蚀的烧蚀单元层的内部温度场的温度，t为烧蚀时间，为定压比热，为气体密度，为温度T在传热方向y方向的梯度；建立隔热层的内部温度场的方程为：其中，为隔热层的密度，为隔热层的比热容，为隔热层的导热系数，为隔热层的内部温度场的温度，为温度在传热方向y方向的梯度；建立承力结构层的内部温度场的方程为：
其中，为承力结构层的密度，为承力结构层的比热容，为承力结构层的导热系数，为承力结构层的内部温度场的温度，为温度在传热方向y方向的梯度。4.如权利要求1所述的多层防热结构接续烧蚀时的处理方法，其特征在于，所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件为：其中，为考虑了烧蚀效应后从烧蚀层表面传入多层防热结构内部的净热流，为辐射系数，为斯特藩
‑
玻尔兹曼参数，为烧蚀...
【专利技术属性】
技术研发人员：国义军，李睿智，周述光，朱言旦，刘骁，曾磊，邱波，石友安，张昊元，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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