[发明专利]一种考虑不确定性的热防护系统模型修正方法

说明书

本发明公开了一种考虑不确定性的热防护系统模型修正方法，其步骤如下：(1)根据热防护系统不确定性来源，选定模型输入变量，确定其不确定性分布规律；(2)借助于有限元分析软件，编制全参数化的输入变量‑输出响应代码；(3)通过计算机试验设计方法，构建高精度近似模型，完成输入变量的重要性排序及优选；(4)基于不确定性结构边界条件修正方法，结合实际试验环境，建立分别以修正变量和修正目标为设计变量和目标函数的优化模型，实现热防护系统的模型修正。本发明通过考虑不确定性的模型修正，有效提升了热防护系统设计效率。

技术领域

本发明涉及热防护系统模型修正领域，特别涉及一种考虑不确定性的热防护系统模型修正方法。

背景技术

飞行速度快、机动性能好的高超声速飞行器现今已经成为世界各军事大国争相发展的对象。高超声速飞行器在服役过程中，特别是在进入行星大气或再入地球大气的阶段，会遭遇严酷的气动加热，必须在其外部不同区域大面积铺设不同类型不同厚度的热防护系统。热防护系统的作用就是在飞行器遭受强烈气动热的情况下，将底层材料和内部结构的温度保持在可接受的限度内，并满足一定的机械负载要求。热防护系统的防隔热水平直接制约着高超声速飞行器的发展水平。热防护系统不充分的绝热性能可能导致TPS底层材料/内部结构的温度超过规定限制。热防护系统设计的目的就是使用在服役过程中满足防隔热和保持机械完整性的材料来最小化飞行器的重量。然而，设计的基础必须是基于一个满足精度与可靠性要求的分析模型。

对于复杂结构，数值模型预示往往与测试结果之间存在明显误差，而对于高精度高可靠性要求的飞行器而言，消除或降低这种误差十分必要，这可借助于模型修正技术。模型修正是指根据实际结构响应特性的测试结果，利用一定的数学方法，结合按照设计方案建立的数值模型预示结果，进行数值模型相关参数识别，使所建立的数值模型尽可能地反映结构的真实状态。然而，对于高温环境下的模型修正方法，目前还属于前沿课题。热防护系统隔热性能方面的模型修正研究仍然缺乏，这在很大程度上制约了热防护系统的设计和应用。

由大气条件的自然波动和由长期空间暴露引起的热防护材料表面纹理变化等引起的随机不确定性、因使用物理模型或其数值离散不正确或不足以描述所研究现象所致的结构不确定性以及来自数十个乃至数百个输入模型参数估计的不确定性为广泛存在于热防护系统设计中的三类主要的不确定性。历史上，传统处理方法往往临时依靠专家的主观判断将不确定性水平分配给预示的热防护系统设计的不同要素，这有可能因为底层组件不确定性估计不正确导致热防护系统的非保守设计，直接引发热防护系统的结构失效乃至整个飞行器结构的失事。因此，在设计热防护系统时，有必要对其进行深入的不确定性分析，而不确定性分析的前提是进行考虑不确定性的模型修正方法研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服现有技术的不足，提供一种考虑不确定性的热防护系统模型修正方法，该方法有益于校准因计算方便或认知条件限制而简化建立的热防护系统传热分析模型，提高热防护系统设计的安全可靠性。

本发明采用的技术方案为：一种考虑不确定性的热防护系统模型修正方法，该方法包括如下步骤：

步骤(1)、鉴于热防护系统不确定性来源，选定结构内各组成材料随温度变化的热导率k_ij、密度ρ_ij和比热c_ij作为热防护系统数值模型的不确定性输入变量，其中，i和j为变量编号，i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,m，n为热防护结构总层数，m为拟合各热物性参数随温度变化的曲线所需选取特定温度的数量，导热系数、密度、比热对应的特定温度分别记为和