【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于某新型飞行器，涉及一种可控导热与流控降热的协同实现方法。
技术介绍
1、高速飞行器内流气动载荷较大，峰值热流恶劣，飞行过程中的防热和承载问题是无法避免而又必须妥善解决的技术难题。目前解决大载荷高热流条件下防热和承载问题主要采用一体化全热结构形式，配合燃油介质主动冷却形式，尽管这种承载防热一体化的热结构形式能够满足当前传统飞行器长时间的防隔热与承载问题，而面对未来某新型飞行器，尖前缘、内流道局部温度极高，相应气动载荷增加一个数量级，因此以提升材料结构性能提升遇到严峻挑战。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题为：克服现有技术的上述不足，提出一种可控导热与流控降热的协同实现方法，基于流场主、被动调控/热疏导一体化的防热方式，通过激波和材料特点进行降热以及控热，降低对热防护材料的依赖。
2、本专利技术采用的技术方案为：
3、本专利技术公开了一种可控导热与流控降热的协同实现方法，包括如下步骤：
4、s1、建立流场计算网格；
5、s2、基于所述流场计算网格，计算沿不同飞行剖面工况下的壁面热流；
6、s3、根据所述壁面热流，对比得到不同位置的壁面峰值热流及其对应的沿飞行剖面工况；
7、s4、根据不同位置的壁面峰值热流及其对应的沿飞行剖面工况，开展激波主动流控控制降热设计，得到降热设计后的飞行器外形；
8、s5、对所述降热设计后的飞行器外形，进行仿真，得到壁面峰值热流仿真结果；
9
10、s7、根据所述降热设计后的飞行器外形及其对应的壁面峰值热流仿真结果，确定飞行器材料优化设计区域及其降热要求；
11、s8、根据所述材料优化设计区域及其降热要求，完成壁面c/c复合材料定向高导热优化制备工艺设计并制备，得到定向高导热c/c复合材料；
12、s9、根据所述降热设计后的飞行器外形及定向高导热c/c复合材料，完成激波干扰风洞试验模型加工；
13、s10、开展激波干扰风洞试验，获得降热设计外形壁面热流的风洞试验结果；
14、s11、根据降热设计外形壁面热流的风洞试验结果，对可控导热与流控降热的协同实现效果进行评估，判断降热设计后的壁面热流结果是否满足降热要求，若是，则完成降热设计；若否，则返回步骤s7。
15、进一步地，在上述实现方法中，步骤s2中，所述计算沿不同飞行剖面工况下的壁面热流，具体为：
16、q＝k(tw-tf)+qrad
17、
18、其中：q为壁面热流，tw是壁面表面温度，tf是当地流体温度，qrad是流体辐射热流流量；k为流体边界当地热传导系数，cp为气体定压比热，μ为气体动力粘度，pr为普朗特数。
19、进一步地，在上述实现方法中，所述当地流体温度tf，公式为：
20、tf＝pf/ρf
21、
22、其中，γ是比热比，e为单位体积上的总能量，u为横向速度分量，v为纵向速度分量，ρf为当地密度。
23、进一步地，在上述实现方法中，步骤s4中，所述激波主动流控控制降热设计，具体为：
24、对唇口外形开展唇口曲率半径降热设计，对倒圆外形进行非一致钝化降热设计，对曲面外形进行粗糙带被动控制降热设计。
25、进一步地，在上述实现方法中，所述唇口曲率半径降热设计，具体为：改变前缘钝化半径r的值，使半径比r/r大于8；其中r为唇口倒圆半径。
26、进一步地，在上述实现方法中，所述倒圆外形进行非一致钝化降热设计，具体为：改变倒圆区域周向角φ＝0°处截面钝化半径rs，倒圆区域于直前臂相切处截面钝化半径rl的尺寸大小，通过改变流场结构，降低倒圆外形壁面热流。
27、进一步地，在上述实现方法中，所述对曲面外形进行粗糙带被动控制降热设计，具体为：在曲面外形壁面峰值热流区域的来流方向添加粗糙带外形；所述粗糙带外形的宽度不小于0.2mm，粗糙带外形的高度不小于0.5mm。
28、进一步地，在上述实现方法中，步骤s8中，所述壁面c/c复合材料定向高导热优化制备工艺设计，具体为：
29、将中间相沥青基碳纤维束切成长度为40～80mm的短纤维束；
30、将短纤维束分层密排于石墨模具中，保持纤维轴向与模具长度方向平行；
31、用石墨盖板将密排的纤维束压实，保证短纤维束的体积分数在40％以上；
32、将压实纤维束在沉积炉内进行加热；
33、随炉冷却至室温；
34、得到密度为1.80～1.90g/cm3的单向高导热碳碳复合材料。
35、进一步地，在上述实现方法中，所述将压实纤维束在沉积炉内进行加热；具体方法为：
36、向沉积炉体内持续充满氩气，保持氩气流量为0.5～1.0l/min；
37、对炉体加热，在3小时内升温至900-1100℃，达到所需沉积温度；
38、向沉积炉体内充甲烷和氩气，甲烷的流量为0.4-0.8l/min；氩气的流量为1.5-3.0l/min；持续时间为80～100h；温度为2000～2500℃。
39、进一步地，在上述实现方法中，所述用石墨盖板将密排的纤维束压实，具体为：
40、选择乙醇或甲醇和乙醇混合液作为碳源气体，在1000～1150℃下进行大于2次增密处理，待沉积至预期密度。
41、本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
42、(1)本专利技术建立高精度激波稳定格式气动热预测方法，从而实现流场计算时既保证激波预示精度，又在激波间断附近保持稳定；
43、(2)本专利技术通过材料微观结构设计形成壁面c/c复合材料定向高导热优化制备工艺，得到定向高导热c/c复合材料，提高c/c复合材料构件的导热效率；
44、(3)本专利技术基于宏观层级的降热外形设计导热结构，并协同材料微观层级的高导热材料制备，实现飞行器外形流控降热与微观复合材料可控导热的协同降热，并通过风洞试验验证其降热效果。为未来高速飞行器气动热防护与强激波干扰气动热环境分析提供支持。
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1.一种可控导热与流控降热的协同实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种可控导热与流控降热的协同实现方法，其特征在于，步骤S2中，所述计算沿不同飞行剖面工况下的壁面热流，具体为：
3.根据权利要求2所述的一种可控导热与流控降热的协同实现方法，其特征在于，所述当地流体温度Tf，公式为：
4.根据权利要求1所述的一种可控导热与流控降热的协同实现方法，其特征在于，步骤S4中，所述激波主动流控控制降热设计，具体为：
5.根据权利要求4所述的一种可控导热与流控降热的协同实现方法，其特征在于，所述唇口曲率半径降热设计，具体为：改变前缘钝化半径r的值，使半径比R/r大于8；其中R为唇口倒圆半径。
6.根据权利要求4所述的一种可控导热与流控降热的协同实现方法，其特征在于，所述倒圆外形进行非一致钝化降热设计，具体为：改变倒圆区域周向角处截面钝化半径RS，倒圆区域于直前臂相切处截面钝化半径RL的尺寸大小，通过改变流场结构，降低倒圆外形壁面热流。
7.根据权利要求4所述的一种可控导热与流控降热的协同实现方
8.根据权利要求1所述的一种可控导热与流控降热的协同实现方法，其特征在于，步骤S8中，所述壁面C/C复合材料定向高导热优化制备工艺设计，具体为：
9.根据权利要求8所述的一种可控导热与流控降热的协同实现方法，其特征在于，所述将压实纤维束在沉积炉内进行加热；具体方法为：
10.根据权利要求8所述的一种可控导热与流控降热的协同实现方法，其特征在于，所述用石墨盖板将密排的纤维束压实，具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种可控导热与流控降热的协同实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种可控导热与流控降热的协同实现方法，其特征在于，步骤s2中，所述计算沿不同飞行剖面工况下的壁面热流，具体为：
3.根据权利要求2所述的一种可控导热与流控降热的协同实现方法，其特征在于，所述当地流体温度tf，公式为：
4.根据权利要求1所述的一种可控导热与流控降热的协同实现方法，其特征在于，步骤s4中，所述激波主动流控控制降热设计，具体为：
5.根据权利要求4所述的一种可控导热与流控降热的协同实现方法，其特征在于，所述唇口曲率半径降热设计，具体为：改变前缘钝化半径r的值，使半径比r/r大于8；其中r为唇口倒圆半径。
6.根据权利要求4所述的一种可控导热与流控降热的协同实现方法，其特征在于，所述倒圆外形进行非一致钝化降热设计，具体为：改变倒圆区域...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚冉，张旭辉，王兆伟，杨旸，费王华，辜天来，秦云鹏，雷建长，黄育秋，张永，赵大海，崔智亮，周添，罗健，赵帅，
申请(专利权)人：中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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