[发明专利]一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法及相关装置

说明书

本发明公开了一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法及相关装置，应用于硅基材料烧蚀计算技术领域，包括获取硅基复合材料中成分的质量分数，以及热环境参数；根据质量分数、热环境参数、以及通用反应方程确定实际反应方程；当实际反应方程表征在烧蚀过程中硅基复合材料表面存在液态层时，根据包括表征液态层参与反应的实际反应方程建立质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程；根据质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程建立封闭方程组；根据封闭方程组确定硅基复合材料的烧蚀外形，可以准确对硅基复合材料的烧蚀形貌进行确定。

技术领域

本发明涉及硅基材料烧蚀计算技术领域，特别是涉及一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法、一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定装置、一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定设备以及一种计算机可读存储介质。

背景技术

当前，飞行器头部防热材料常使用硅基材料及其氮化物材料。硅基材料在高温下会形成液态SiO₂，在材料表面形成液态层。通过对液态层的假设和简化可以获得一系列求解烧蚀速率和烧蚀外形的方法。对于氮化物的烧蚀，认为是由二氧化硅的熔融、蒸发、分解与流失，氮化硅的热氧化，二氧化硅与氮化硅的热化学反应三个物理过程构成，也形成了一套计算方法。

目前国内未见公开报道的针对硅基材料及其氮化物材料通用的烧蚀模型，但是在飞行器头部通常使用的防热材料常为硅基及其氮化物材料，所以如何提供一种硅基复合材料通用烧蚀模型是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法，可以对硅基复合材料的烧蚀形貌进行确定；本发明的另一目的在于提供一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定装置、一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定设备以及一种计算机可读存储介质，可以对硅基复合材料的烧蚀形貌进行确定。

为解决上述技术问题，本发明提供一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法，包括：

获取硅基复合材料中成分的质量分数，以及热环境参数；

根据所述质量分数、所述热环境参数、以及通用反应方程确定实际反应方程；

当所述实际反应方程表征在烧蚀过程中所述硅基复合材料表面存在液态层时，根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程建立质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程；

根据所述质量守恒方程、所述能量守恒方程以及所述动量守恒方程建立封闭方程组；

根据所述封闭方程组确定所述硅基复合材料的烧蚀外形。

可选的，在所述根据所述质量分数、所述热环境参数、以及通用反应方程确定实际反应方程之后，还包括：

当所述实际反应方程表征在烧蚀过程中所述硅基复合材料表面不存在液态层时，根据所述质量分数、所述热环境参数、以及气固界面烧蚀模型确定所述硅基复合材料的烧蚀外形。

可选的，所述获取硅基复合材料中成分的质量分数，以及热环境参数包括：

获取SiO₂/Si₃N₄复合材料中Si元素的质量分数、N元素的质量分数、以及热环境参数。

可选的，根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程建立质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程包括：

根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程，基于液态层表面辐射系数建立能量守恒方程。

可选的，根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程，基于液态层表面辐射系数建立能量守恒方程包括：

根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程，基于液态层厚度以及液态层粘性率指数确定所述液态层表面辐射系数，建立能量守恒方程。