[发明专利]多层防热结构接续烧蚀时的处理方法、装置、设备和介质

说明书

本申请公开了一种多层防热结构接续烧蚀时的处理方法、装置、设备和介质，涉及航天飞行器防热系统领域，包括分别建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层和承力结构层的内部温度场的方程；烧蚀单元层至少为两层；确定边界条件，边界条件包括烧蚀层与隔热层的边界条件、隔热层和承力结构层的边界条件、烧蚀层烧蚀表面的边界条件；烧蚀层烧蚀表面的边界条件包括壁温；对所有的内部温度场的方程和边界条件进行差分离散，得到差分方程；根据差分方程确定未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层、承力结构层的内部温度场的温度和壁温。本申请在烧蚀层接续烧蚀时将隔热层和承力结构层的内部温度场考虑在内，得到不同材料层的温度，提升烧蚀形貌和温度场计算准确性。

技术领域

本申请涉及航天飞行器防热系统领域，特别是涉及一种多层防热结构接续烧蚀时的处理方法、装置、电子设备和计算机可读存储介质。

背景技术

航天飞行器热防护系统通常设计为多层结构形式，最外面的为烧蚀层，中间为隔热层，内部为承力结构层。为了减轻热防护系统重量、加强表面向外辐射散热或者保温目的，最外面的烧蚀层会由多种不同类型的烧蚀材料制成，例如，最外面为防热涂层，向里面依次为保温层、高密度烧蚀材料层、中密度烧蚀层等。飞行器在进入大气层飞行过程中，外层材料依次被烧掉，出现多种材料接续烧蚀的情况。目前，烧蚀计算方法在烧蚀过程中通常只能处理一层烧蚀材料，并不能处理两层以上烧蚀材料接续烧蚀，并未考虑到隔热层和承力结构层对烧蚀层的影响，导致计算出的热防护系统的各层温度偏差较大。

因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。

发明内容

本申请的目的是提供一种多层防热结构接续烧蚀时的处理方法、装置、电子设备和计算机可读存储介质，以准确获得多层防热结构的温度分布。

为解决上述技术问题，本申请提供一种多层防热结构接续烧蚀时的处理方法，包括：

分别建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层和承力结构层的内部温度场的方程；所述烧蚀单元层至少为两层；

确定边界条件，所述边界条件包括所述烧蚀层与所述隔热层的边界条件、所述隔热层和所述承力结构层的边界条件、所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件；所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件包括壁温；

对所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散，得到差分方程；

根据所述差分方程确定未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度以及壁温。

可选的，还包括：

分别建立所述烧蚀层中各个烧蚀单元层、所述隔热层和所述承力结构层的热物性参数与对应的层结构厚度的关系；

根据当前烧蚀量确定当前最外层的所述烧蚀单元层；

根据当前最外层的所述烧蚀单元层的类型确定对应的用于确定下一时刻烧蚀量的烧蚀模型；

根据所述关系确定当前最外层的所述烧蚀单元层的热物性参数；

根据所述热物性参数、未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度、壁温、热解气体质量流率和所述烧蚀模型确定下一时刻烧蚀量。

可选的，分别建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层和承力结构层的内部温度场的方程包括：

建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层的内部温度场的方程为：

其中，其中，为热解气体质量流率，为热解反应速率，为热解热，为第s层烧蚀单元层的密度，为第s层烧蚀单元层的比热容，k_s为第s层烧蚀单元层的导热系数，T为未烧蚀的烧蚀单元层的内部温度场的温度，t为烧蚀时间，为定压比热，为气体密度，为温度T在传热方向y方向的梯度；