[發(fā)明專利]一種復(fù)雜外形飛行器的熱防護(hù)結(jié)構(gòu)分塊布局方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711075371.6
• 申請(qǐng)日: 2017-11-06
• 公開（公告）號(hào): CN108334655B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋月娥;熊強(qiáng);曹杰;李晶;馬寅魏;韓樂;張帆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京空天技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京五洲洋和知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11387
• 代理人: 劉春成

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N復(fù)雜外形飛行器的瓦式外防熱結(jié)構(gòu)分塊布局方法，該方法根據(jù)飛行器熱防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用約束，對(duì)不同尺寸的熱防護(hù)結(jié)構(gòu)開展熱?力耦合計(jì)算分析，獲得熱防護(hù)結(jié)構(gòu)尺寸與響應(yīng)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過試驗(yàn)手段設(shè)定許用響應(yīng)值，最終完成不同部位的熱防護(hù)結(jié)構(gòu)分塊布局設(shè)計(jì)。通過本發(fā)明提供的熱防護(hù)結(jié)構(gòu)分塊布局設(shè)計(jì)方法與系統(tǒng)，解決了瓦式熱防護(hù)結(jié)構(gòu)最關(guān)鍵的布局應(yīng)用問題，為新型的熱防護(hù)結(jié)構(gòu)從原理樣件到集成應(yīng)用提供了重要技術(shù)手段。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及飛行器性能分析領(lǐng)域，尤其涉及一種用于瓦式熱防護(hù)結(jié)構(gòu)的分塊布局方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，升力體構(gòu)型已成為高超聲速飛行器的一種典型氣動(dòng)外形，這種氣動(dòng)外形在實(shí)現(xiàn)良好升阻比的同時(shí)，也帶來了外形異常復(fù)雜的問題。同時(shí)，高超聲速飛行器長(zhǎng)時(shí)間高馬赫數(shù)在大氣層內(nèi)飛行，氣動(dòng)熱環(huán)境嚴(yán)酷，飛行器表面大面積區(qū)域通常采用輕質(zhì)非燒蝕陶瓷基防隔熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱防護(hù)，如某些典型氣動(dòng)外形表面采用的剛性陶瓷瓦，由于該類材料具有極大的脆性，其面內(nèi)最大尺度一般不超過200mm。針對(duì)該需求提出的陶瓷面板整體式復(fù)合隔熱瓦熱防護(hù)方案，相比于剛性隔熱瓦，其具有更好的韌性；但作為一種脆性陶瓷材料，又決定其不能像傳統(tǒng)承載結(jié)構(gòu)那樣整體制備和裝配，且其變形/應(yīng)變響應(yīng)特性與外形形狀、載荷環(huán)境、尺度特征等強(qiáng)相關(guān)，需要對(duì)其進(jìn)行合理的分塊設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)實(shí)施例提出了一種靜力學(xué)分析模型修正方法及系統(tǒng)，以解決靜力學(xué)分析模型精度低，基于靜力學(xué)模型進(jìn)行靜強(qiáng)度安全裕度分析時(shí)誤差大，可信度低的問題。

本申請(qǐng)需要提供一種適用于復(fù)雜外形高超聲速飛行器大面積熱防護(hù)結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)方法和系統(tǒng)，以解決針對(duì)復(fù)雜飛行器外形的大面積熱防護(hù)結(jié)構(gòu)布局不能滿足飛行器維形、耐溫、隔熱、力/熱變形匹配等使用要求的問題。

為解決上述技術(shù)問題之一，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N適用于復(fù)雜外形高超聲速飛行器大面積熱防護(hù)結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)方法，該方法的步驟包括：

對(duì)復(fù)雜外形飛行器不同位置進(jìn)行氣動(dòng)熱及力載荷分布特征分析；

優(yōu)選地，所述的氣動(dòng)熱及力載荷分布為表面溫度和壓力。

對(duì)熱防護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行選型及分塊設(shè)計(jì)；

優(yōu)選地，所述熱防護(hù)結(jié)構(gòu)為整體式復(fù)合隔熱瓦；

優(yōu)選地，所述熱防護(hù)結(jié)構(gòu)分塊根據(jù)飛行器外形特征進(jìn)行，熱防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為平板型，平滑曲面型和拐角型；

優(yōu)選地，熱防護(hù)結(jié)構(gòu)尺寸為400～500mm，最大不超過600mm。

對(duì)分塊后的熱防護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱力耦合計(jì)算分析，獲得各分塊的熱防護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)值；

優(yōu)選地，所述的熱力耦合分析計(jì)算，步驟包括：

采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件UG建立整體式復(fù)合隔熱瓦幾何模型；

優(yōu)選地，幾何模型的建立按照以下步驟進(jìn)行：

建立上陶瓷面板、夾心層、下陶瓷面板、粘接層、金屬層的整體模型；

以上陶瓷面板外型面為基準(zhǔn)，分別偏置出上陶瓷面板厚度、上陶瓷面板+夾心層厚度、上陶瓷面板+夾心層+下陶瓷面板厚度、上陶瓷面板+夾心層+下陶瓷面板+粘接層厚度；

用偏置出的曲面對(duì)整體模型進(jìn)行切分，形成上陶瓷面板、夾心層、下陶瓷面板、粘接層、金屬層具有獨(dú)立厚度的幾何模型。

對(duì)完成分塊的熱防護(hù)結(jié)構(gòu)建立有限元模型并求解；

優(yōu)選地，所述的有限元模型的建立和求解按照以下步驟進(jìn)行：

對(duì)使用商用有限元軟件ABAQUS對(duì)幾何模型劃分網(wǎng)格并賦予單元類型、材料屬性，建立各層結(jié)構(gòu)接觸關(guān)系；