【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于气动热防护，尤其涉及一种高速列车低真空管道蒙皮被动热防护设计方法。
技术介绍
1、高速列车低真空管道交通系统是未来轨道交通技术的重要发展方向，管道内热环境是保障列车安全运营的重要因素。
2、实现低真空管道列车更高速度运行，势必跨越声速，此阶段气流是既有亚声速又有超声速的“混合流动”，极易诱发形成复杂的波系结构。显然，在封闭空间中因高温流动产生的极端热载荷对管道蒙皮会产生很强的热冲击作用，且由于管道与列车之间存在相对位移，列车高速运行引起的高温流动对管道蒙皮会产生热累积效应。
3、大阻塞比低真空(100～10000pa)跨声速流动造成的气动热载荷极易诱发管道结构发生热损伤、热失配、热破坏等现象，严重影响系统性能指标和运行安全，需要采用一种快速且高效的被动热防护设计方法加以缓解。
4、被动热防护技术是指采用轻质的耐高温、耐烧蚀材料或者隔热涂层对目标进行热防护，目标产生的热载荷通过被动热防护系统吸收或者辐射到外部。被动热防护方法主要采用耐高温、抗氧化的陶瓷基复合材料及相应的金属合金及金属基复合材料。被动热防护方法主要是根据材料类型及其许用温度来进行分类的，不同温度的防热材料满足设计指标下的目标热防护需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种高速列车低真空管道蒙皮被动热防护设计方法,对管道蒙皮引入高超声速飞行器被动热防护方法，是一种全新的高速列车低真空交通高效率、低冗余的热防护设计方案，在相同设计运行速度
2、本专利技术目的通过下述技术方案来实现：
3、一种高速列车低真空管道蒙皮被动热防护设计方法，所述方法包括：
4、获取列车的喉道比和设计运行速度，并根据一维等熵流动理论判断管内流动状态；
5、当所述管内流动状态为壅塞流动时，计算管壁表面气动热载荷和管壁表面热量累积，按照承热能力筛选热防护系统以及按照管壁表面最大热流筛选热防护材料对蒙皮进行被动热防护；
6、当所述管内流动状态为非壅塞流动时，采用隔热式被动热防护系统和金属基材料对蒙皮进行热防护。
7、进一步的，所述获取列车的喉道比具体包括：
8、将低真空管道视为圆柱体，以全尺寸三维环形结构作为管道模型；
9、喉道比计算方式包括：
10、
11、其中，rt为管道内壁半径，rv为列车半径，athroat为喉道截面积，atube为管道截面积。
12、进一步的，所述根据一维等熵流动理论判断管内流动状态具体包括：
13、当设计运行速度为亚声速时，根据一维等熵流动理论对喉道比与设计运行速度之间的关系进行推导：
14、
15、其中，表示一维等熵流动理论下的喉道比，ma∞表示设计马赫数，γ表示，u∞表示设计运行速度；
16、当设计运行速度达到超声速时，在kantrowitz极限下的喉道比与设计运行速度之间的关系为：
17、
18、其中，表示kantrowitz极限下的喉道比；
19、根据喉道比与设计运行速度的关系式确定管内流动状态是壅塞或非壅塞。
20、进一步的，所述管壁表面气动热载荷计算方式包括：
21、对高速列车低真空管道进行cfd模拟，获得管道在冷壁条件下的表面热流分布。
22、进一步的，所述管壁表面热量累积计算方式包括基于时间计算，具体为：
23、在列车通过管壁某一点的前后一段时间内，气流引起的瞬时热效应会在管道上产生热量累积，基于cfd数据计算管壁表面单位面积热量输入：
24、
25、其中，q表示管壁某点的热流，t表示加热时长。
26、进一步的，所述管壁表面热量累积计算方式包括基于热流分布计算，具体为：
27、通过管壁表面热流分布，计算管壁表面单位面积热量输入：
28、
29、其中，q表示管壁某点的热流，s表示计算管长下热流积分位置的起点，e表示计算管长下热流积分位置的终点，起点和终点选择在列车前后正激波之外，l表示计算管长，u∞表示设计运行速度。
30、进一步的，所述热防护系统包括热沉式、辐射式和隔热式.
31、进一步的，所述方法还包括：
32、在选择热防护材料时，热防护材料需要满足预设的重量标准和力学性能指标。
33、本专利技术的有益效果在于：
34、(1)本专利技术通过设计条件快速判断管内基本流动特征，只需要根据流动是否壅塞即可达到管壁气动热载荷的初步评估，再针对壅塞流动进一步开展管壁热冲击、热累积计算，从而遴选出满足条件的被动热防护材料和热防护系统，最后综合考虑力学性能和成本限制等要求，即可实现对管道蒙皮的低冗余、高效率被动热防护设计。
35、(2)由于管道与列车之间存在相对位移，由列车高速运动引起的气体能量变化会随着列车的运行而不断发展，因此管道蒙皮受到的气动热载荷具有瞬态效应(即热流时空分布不均匀)，如采用主动热防护方法难度大、成本高。对管道蒙皮引入高超声速飞行器被动热防护方法，其结构相对简单，技术成熟，易于实现。
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1.一种高速列车低真空管道蒙皮被动热防护设计方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的高速列车低真空管道蒙皮被动热防护设计方法，其特征在于，所述获取列车的喉道比具体包括：
3.如权利要求2所述的高速列车低真空管道蒙皮被动热防护设计方法，其特征在于，所述根据一维等熵流动理论判断管内流动状态具体包括：
4.如权利要求1所述的高速列车低真空管道蒙皮被动热防护设计方法，其特征在于，所述管壁表面气动热载荷计算方式包括：
5.如权利要求1所述的高速列车低真空管道蒙皮被动热防护设计方法，其特征在于，所述管壁表面热量累积计算方式包括基于时间计算，具体为：
6.如权利要求1所述的高速列车低真空管道蒙皮被动热防护设计方法，其特征在于，所述管壁表面热量累积计算方式包括基于热流分布计算，具体为：
7.如权利要求1所述的高速列车低真空管道蒙皮被动热防护设计方法，其特征在于，所述热防护系统包括热沉式、辐射式和隔热式。
8.如权利要求1所述的高速列车低真空管道蒙皮被动热防护设计方法，其特征在于，所述方法还包括：<...
【技术特征摘要】
1.一种高速列车低真空管道蒙皮被动热防护设计方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的高速列车低真空管道蒙皮被动热防护设计方法，其特征在于，所述获取列车的喉道比具体包括：
3.如权利要求2所述的高速列车低真空管道蒙皮被动热防护设计方法，其特征在于，所述根据一维等熵流动理论判断管内流动状态具体包括：
4.如权利要求1所述的高速列车低真空管道蒙皮被动热防护设计方法，其特征在于，所述管壁表面气动热载荷计算方式包括：
5.如权利要求1所述...
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