[發明專利]一種發動機尾噴隔熱裝置溫度場分析方法

在審

• 申請號: 202011609714.4
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112699476A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 鄭茂亮;李馳;魏洪
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司西安飛機設計研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06F119/08
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 王世磊

1.一種發動機尾噴隔熱裝置溫度場分析方法，所述隔熱裝置包括連接于翼面結構(6)的外鈦合金隔熱面板(3)、內鈦合金隔熱面板(4)；外鈦合金隔熱面板(3)、內鈦合金隔熱面板(4)之間設置有隔熱氣凝膠(5)；

其特征在于，所述溫度場分析方法包括：

步驟1：針對特定結構參數下的隔熱裝置，在給定的比熱容和熱導率下，利用材料非線性，在規定的外鈦合金隔熱面板(3)溫度邊界條件及隔熱裝置的初始溫度場條件下，進行隔熱裝置的非線性溫度場有限元分析，得到內鈦合金隔熱面板(4)的溫度場分布；特定結構參數包括外鈦合金隔熱面板(3)、內鈦合金隔熱面板(4)和隔熱氣凝膠(5)的厚度、材料性質；

步驟2：根據內鈦合金隔熱面板(4)的溫度場分布及外鈦合金隔熱面板(3)、內鈦合金隔熱面板(4)和隔熱氣凝膠(5)的熱導率，確定出隔熱氣凝膠(5)的厚度參數為優化對象，以內鈦合金隔熱面板(4)的溫度最小化為目標，重復步驟1進行隔熱氣凝膠(5)厚度變參的優化分析，得到滿足內鈦合金隔熱面板最低溫度要求的隔熱氣凝膠厚度閥值。

2.根據權利要求1所述的發動機尾噴隔熱裝置溫度場分析方法，其特征在于，步驟1中，利用材料的非線性是指：采用有限個溫度點下的比熱容和熱導率的離散數值進行線性插值，得到連續溫度點下外鈦合金隔熱面板(3)、內鈦合金隔熱面板(4)和隔熱氣凝膠(5)的比熱容和熱導率隨溫度變化的非線性數值。

3.根據權利要求1所述的發動機尾噴隔熱裝置溫度場分析方法，其特征在于，有限元分析包括：有限元單元類型及單元網格的建立和有限元模型的迭代求解。

4.根據權利要求3所述的發動機尾噴隔熱裝置溫度場分析方法，其特征在于，有限元單元類型及單元網格的建立包括：采用“組合元素法”對隔熱裝置進行有限元建模：對隔熱裝置的每一部分進行分別建模，將內、外鈦合金隔熱面板分別等效為二維各向異性層壓板單元，二維各向異性層壓板單元選取彎曲板元，將隔熱氣凝膠等效為各向異性三維體單元，各向異性三維體單元選取體元。

5.根據權利要求4所述的發動機尾噴隔熱裝置溫度場分析方法，其特征在于，有限元模型的迭代求解包括：對外鈦合金隔熱面板(3)、內鈦合金隔熱面板(4)和隔熱氣凝膠(5)的有限元模型分別求解剛度，然后將得到的三種剛度進行疊加，再利用勁度切線法進行非線性求解，得到內鈦合金隔熱面板(4)的溫度場分布。

6.根據權利要求1所述的發動機尾噴隔熱裝置溫度場分析方法，其特征在于，步驟2中，根據固體材料的熱傳導方程、隔熱氣凝膠(5)的熱導率最小，且隔熱氣凝膠(5)的厚度參數為熱傳導的敏感參數，確定出隔熱氣凝膠(5)的厚度參數為優化對象。

7.根據權利要求1所述的發動機尾噴隔熱裝置溫度場分析方法，其特征在于，步驟1中，規定的溫度邊界條件是指發動機尾噴氣流作用于外鈦合金隔熱面板(3)的溫度，該溫度大于400℃。

8.根據權利要求1所述的發動機尾噴隔熱裝置溫度場分析方法，其特征在于，步驟2中，進行隔熱氣凝膠(5)厚度變參的優化分析是指，對有限個隔熱氣凝膠離散厚度參數的有限元溫度場分析。

9.根據權利要求1所述的發動機尾噴隔熱裝置溫度場分析方法，其特征在于，步驟2中，重復步驟1進行隔熱氣凝膠(5)厚度變參的優化分析，得到一系列隔熱氣凝膠離散厚度參數下的內鈦合金面板的溫度場分布，并確定最高內鈦合金面板的溫度所對應的隔熱氣凝膠厚度為隔熱氣凝膠厚度閥值。