[發明專利]飛行器頭部平行剪切流燒蝕區域的碳基材料燒蝕預測方法

在審

• 申請號: 202211360295.4
• 申請日: 2022-11-02
• 公開（公告）號: CN115824569A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 李婷婷;李青;袁先旭;余釗圣;林昭武
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心計算空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G01M9/08
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 周浩杰

1.一種飛行器頭部平行剪切流燒蝕區域的碳基材料燒蝕預測方法，其特征在于，包括步驟：碳基防熱材料損失質量的物理過程包括氣動力剝離燒蝕顆粒物理子過程，在氣動力剝離燒蝕顆粒物理子過程中，利用燒蝕顆粒氣動力剝離速度規律，并采用Couette流動作為平行剪切流流模型計算氣動力剝離燒蝕顆粒引起的燒蝕質量損失；基于燒蝕質量損失計算結果，預測燒蝕質量剝離和燒蝕壁面后退速度。

2.根據權利要求1所述的飛行器頭部平行剪切流燒蝕區域的碳基材料燒蝕預測方法，其特征在于，所述利用燒蝕顆粒氣動力剝離速度規律，并采用Couette流動作為平行剪切流流模型計算氣動力剝離燒蝕顆粒引起的燒蝕質量損失，包括子步驟：

S1，計算在平行剪切流條件下考慮顆粒和流體慣性效應修正的顆粒啟動速度；

S2，計算得到的顆粒啟動速度等于燒蝕顆粒的剝離速度，也就是燒蝕材料的質量損失速度或界面后退速度。

3.根據權利要求2所述的飛行器頭部平行剪切流燒蝕區域的碳基材料燒蝕預測方法，其特征在于，在步驟S1中，包括如下步驟：

S11，初步測量碳基復合材料里碳基纖維和無機顆粒直徑d_p和顆粒密度ρ_p，對于氧化硅熔融層形成的液滴直徑和密度能夠確定性地獲得；

S12，通過正激波和脫體激波關系式計算激波后邊界層氣體流動的物理參數，所述空氣的物理參數包括氣體密度ρ_f、氣流的運動粘性系數ν，計算顆粒密度和氣體密度之比ρ_r，即ρ_r＝ρ_p/ρ_f；

S13，計算Couette流動的邊界層特征長度其中B是Couette流動的剪切率；

S14，計算顆粒慣性St，其中St給定方法為：

其中，τ_p為粉體響應特征時間，τ_f為表示流體特征時間；

S15，計算顆粒周圍流體慣性Re_S，Re_S的給定方法為：

S16，對流場進行數學建模，計算流場區域內顆粒及氣流的動力學信息；

S17，以粉體顆粒移動一個直徑d_p時，所具有的速度為顆粒啟動速度V_p0，即剝離速度，該剝離速度從步驟S16計算出的動力學信息中提取；

S18，以步驟S14中的St和步驟5中的Re_S為標準，對步驟S16中的顆粒啟動速度進行無量綱化；

S19，以步驟S18中的無量綱化顆粒啟動速度進行曲線擬合，獲得無量綱化顆粒啟動速度的擬合關系式V_p0～(d_p,ρ_r,B,ν)。

4.根據權利要求3所述的飛行器頭部平行剪切流燒蝕區域的碳基材料燒蝕預測方法，其特征在于，在步驟S11中，利用采樣法初步測量碳基復合材料里碳基纖維和無機顆粒的直徑d_p。

5.根據權利要求3所述的飛行器頭部平行剪切流燒蝕區域的碳基材料燒蝕預測方法，其特征在于，在步驟S16中，所述計算流場區域內顆粒及氣流的動力學信息具體為采用PR-DNS方法。

6.根據權利要求3所述的飛行器頭部平行剪切流燒蝕區域的碳基材料燒蝕預測方法，其特征在于，在步驟S11中，對于氧化硅熔融層形成的液滴直徑和密度能夠確定性地獲得具體為采用查表精確獲得，顆粒信息和防熱材料密切相關，從而能夠根據查表確定性的獲得。

7.根據權利要求3所述的飛行器頭部平行剪切流燒蝕區域的碳基材料燒蝕預測方法，其特征在于，在步驟S11中，利用采樣法初步測量碳基復合材料里碳基纖維和無機顆粒的顆粒密度ρ_p。

8.根據權利要求1所述的飛行器頭部平行剪切流燒蝕區域的碳基材料燒蝕預測方法，其特征在于，基于燒蝕質量損失計算結果能夠動態瞬時地計算飛行器頭部平行剪切流區域的總燒蝕質量。