[發明專利]一種空天飛機測試中多梯度輻射熱流場模擬方法

有效

• 申請號: 202210631967.4
• 申請日: 2022-06-07
• 公開（公告）號: CN114705471B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 王彬文;王振亞;秦強;李世平
• 申請（專利權）人: 中國飛機強度研究所
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;B64F5/60;C03C17/245;G06F30/15;G06F30/28
• 代理公司: 北京棧橋知識產權代理事務所(普通合伙) 11670
• 代理人: 胡穎

1.一種空天飛機測試中多梯度輻射熱流場模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、設計輻射式加熱裝置

確定與測試構件相適配的輻射式加熱裝置的設計要求；

S2、劃分受熱表面的溫區n

將測試構件的受熱表面依據需要施加的熱流密度的梯度要求劃分為兩個以上的溫區，并對每個所述溫區設定對應的溫區編號n，n∈N₊；

S3、劃分各個溫區n的投影區域n′

S3-1、在與受熱表面、輻射式加熱裝置的加熱面均平行，且與二者距離處處相等的平面上設置具有高溫透射涂層的投影板；

S3-2、將每個所述溫區n的輪廓形狀沿受熱表面的法線方向投射在投影板上，得到與每個所述溫區n對應的投影區域n′，n′∈N₊；

S4、計算多梯度輻射熱流場設定參數

S4-1、確定所述輻射式加熱裝置的總熱流密度Q′，通過下式計算實際施加在每個所述溫區n上的熱流密度Q_x；

Q′ × T′ × T_x = Q_x

式中，T′為投影板的透射率，T_x為高溫透射涂層的透射率；

S4-2、確定高溫透射涂層的單位厚度和高溫透射涂層在單位厚度下的透射率，計算每個投影區域n′上高溫透射涂層的厚度δ_x；

δ_x = ( k δ₀ T₀ ) / T_x，T_x ﹤ T₀

式中，k為運算參數，δ₀為高溫透射涂層的單位厚度；T₀為高溫透射涂層在單位厚度下的透射率；

S4-3、由步驟S4-1和步驟S4-2中的公式計算每個所述溫區n上的熱流密度Q_x與高溫透射涂層的厚度δ_x間的關系式，如下式所示：

δ_x = ( k δ₀ T₀ Q′ T′) / Q_x，T_x ﹤ T₀

S5、模擬多梯度輻射熱流場

確定每個所述溫區n上的熱流密度Q_x，根據步驟S4-3中的公式計算結果，在投影板鄰近受熱表面的一側的每個所述投影區域n′內涂覆對應厚度的高溫透射涂層，進而在測試構件的受熱表面模擬出多梯度輻射熱流場。

2.如權利要求1所述的一種空天飛機測試中多梯度輻射熱流場模擬方法，其特征在于，所述方法能夠在小于單個輻射式加熱裝置的加熱范圍內，在飛機的測試構件的受熱表面上模擬出兩個以上的輻射熱流場，所述受熱表面為平面結構，所述輻射熱流場的輪廓形狀為規則形狀或不規則形狀，每個所述輻射熱流場之間的熱流密度變化為非連續變化。

3.如權利要求1所述的一種空天飛機測試中多梯度輻射熱流場模擬方法，其特征在于，步驟S1中，所述輻射式加熱裝置的設計要求為：

輻射式加熱裝置的形狀與測試構件的形狀相適配；

輻射式加熱裝置的加熱面的面積與測試構件的受熱表面的面積比為（3~7）：1；

輻射式加熱裝置的加熱面與測試構件的受熱表面間的距離范圍為50mm~80mm；

輻射式加熱裝置的額定總功率W由下式確定：

W = Q′ × S

式中，Q′為輻射式加熱裝置的總熱流密度，S為測試構件的受熱表面的總面積。

4.如權利要求1所述的一種空天飛機測試中多梯度輻射熱流場模擬方法，其特征在于，步驟S4-2中，所述高溫透射涂層的單位厚度δ₀為100 nm，所述高溫透射涂層在單位厚度下的透射率T₀為0.92。

5.如權利要求1所述的一種空天飛機測試中多梯度輻射熱流場模擬方法，其特征在于，步驟S3中，所述投影板包括用于模擬非規則輪廓形狀的輻射熱流場的一體投影板和用于模擬規則輪廓形狀的輻射熱流場的模塊投影板，所述一體投影板采用一體涂覆法制備，所述模塊投影板采用模塊涂覆法制備。