[发明专利]一种在热真空环境下热防护层隔热效果的确定方法

摘要

一种在热真空环境下热防护层隔热效果的确定方法，II级火箭常工作在真空环境中，发动机附近的伺服机构等单机受真空冷环境和发动机的强热流作用，工作环境恶劣。为防止热真空环境对伺服机构等单机的正常工作造成影响，采用热防护层的方式对其进行保护。在热防护层的设计过程中，可采用热防护层搭载试验或者理论计算获得设计所需参数，然而受研制进度与试验条件的限制，传统的搭载试验无法满足要求。本发明采用理论计算的方法，获得了热防护层的隔热效果，为热防护衣的设计提供了必要的依据。

主权项

1.一种在热真空环境下热防护层隔热效果的确定方法，其特征在于步骤如下：/n(1)建立热防护层坐标系，原点选在热防护层内表面，x轴为厚度方向，y轴为热防护层长度方向；/n(2)令热防护层的导热微分方程为其中T表示温度，t表示时间，a为热交换系数；/n(3)设定所述导热微分方程的初始条件；/n(4)设定所述导热微分方程的边界条件；/n(5)将层厚度沿x坐标方向以等间距Δx分割为N段，对时间t按等时间间隔Δt分割成M段，用i＝0,1,2,…,N表示节点的x坐标位置，用k＝0,1,2,3,4,…,M表示节点的时刻，每个节点(i,k)的温度用T_i^k表示；/n(6)对步骤(2)中的导热微分方程和步骤(4)中所述导热微分方程的边界条件用一阶向前差分方法，将一阶偏导数进行改写；/n(7)对步骤(2)的导热微分方程中的二阶偏导数采用二阶中心差分方法改写；/n(8)将步骤(6)和步骤(7)得到的一阶偏导数和二阶偏导数代入步骤(2)的导热微分方程中；/n(9)令得到一维非稳态导热的内节点i＝1,2,…,N-1的离散温度方程式；/n(10)对于边界节点i＝N，即热防护层的外表面，确定离散温度方程；/n(11)对于边界节点i＝0，即热防护层的内表面，确定离散温度方程；/n(12)根据毕渥准则B_i<0.1时，忽略物体内部热阻，采用集总参数法分析传热系统，将网格毕渥数带入毕渥准则，得到Δx的值，将Δx代入公式得到N的值；λ表示导热系数，δ为热防护层的层厚度，/n(13)根据一维非稳态导热内节点温度显式差分格式的稳定性条件F_o≤0.5，选取合适的Δt，具体为：将稳定性条件F_o≤0.5带入步骤(9)式中，则推导出Δt的值，根据预设的热防护层外表面受到热流加载的总时间t_总，通过公式M＝t_总/Δt计算时间分割点数M；/n(14)根据步骤(9)、(10)和(11)中的离散温度方程以及步骤(12)和(13)中得到的N、Δx和Δt，由步骤(3)中的初始条件，逐个计算出各节点Δt时刻温度，然后以Δt时刻各节点温度计算出2Δt时刻各节点温度，依此类推，直至所需时刻；至此在所需时刻的热防护层内外两面的温度计算完成，热防护层内外两面的温度差即为隔热效果。/n