[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

本發明涉及結構強度分析技術領域。本發明旨在研究隔熱裝置溫度場分布為目標，以特殊溫度場邊界為分析約束條件，通過瞬態溫度場的研究得到隔熱裝置溫度場分布規律，以便確定隔熱裝置參數設計的合理性，最終形成一套隔熱裝置的溫度場分布的研究方法。

技術領域

本發明涉及結構強度分析技術領域，特別涉及發動機尾噴隔熱裝置溫度場分布規律研究。

背景技術

為提高飛機的飛行性能，大型飛機采用大型增生裝置來改善飛機低速特性。增升裝置主要通過增大機翼面積和改變機翼彎度來增加升力，機翼大彎度導致發動機尾流熱源直接噴射于后緣運動翼面結構，高溫氣流導致運動翼面復合材料結構強度失效，亟需設計一種隔熱裝置稀釋發動機尾噴熱量，保護被沖刷的運動翼面結構，減少飛機發動機尾流熱源向運動翼面下翼面的熱傳遞。

發明內容

本發明旨在研究隔熱裝置溫度場分布為目標，以特殊溫度場邊界為分析約束條件，通過瞬態溫度場的研究得到隔熱裝置溫度場分布規律，以便確定隔熱裝置參數設計的合理性，最終形成一套隔熱裝置的溫度場分布的研究方法。

本發明的技術方案：提供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；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。

進一步地，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。

進一步地，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。

進一步地，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。

進一步地，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。

進一步地，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。

進一步地，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℃。

進一步地，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。

進一步地，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。