[发明专利]一种用于高超声速飞行器半封闭区域的结构温度分析方法

说明书

本发明实施例公开的一种用于高超声速飞行器半封闭区域的结构温度分析方法，涉及高超声速飞行器半封闭区域的结构温度分析技术，能够解决半封闭的复杂干扰区气动加热/多部件辐射干扰/三维传热分析结果的精度和效率不能兼顾的问题。该方法首先生成关注部位的气动加热网格，再利用气动加热网格开展气动加热分析，开展不同壁温下的对流热流分析，获取高壁温下的对流热流数据库，又生成考虑高壁温对流换热、多部件辐射干扰的三维传热分析网格，最后利用所述的三维传热分析网格开展考虑高壁温对流换热、多部件辐射干扰的三维传热计算，该方法主要用于高超声速飞行器半封闭区域的结构温度分析。

技术领域

本发明涉及高超声速飞行器半封闭区域的结构温度分析技术领域，尤其涉及一种用于高超声速飞行器半封闭区域考虑高壁温对流换热、多部件辐射干扰的三维传热分析方法。

背景技术

随着高超声速飞行器的外形越来越复杂，飞行马赫数越来越高，飞行器表面的热环境更加严酷，半封闭的复杂干扰区高温部件表面不仅存在气动加热，而且高温部件间还相互辐射/反射/吸收能量，物理过程十分复杂。由于目前复杂干扰区很多部件的温度都处在材料的许用边界上，制约着结构热防护方案和飞行试验弹道方案的确定，因此需要对飞行器复杂干扰区高温部件的结构温度进行精细分析。

常规分析飞行器结构温度通常利用冷壁热流和恢复焓，不能考虑对流换热系数随壁温的变化，这样分析的结构温度通常偏高。常规分析“对流/辐射/传热”通常采用流固耦合的方法，但该方法不但计算效率极低，而且加热热源(对流热流、辐射热流、导热热流)只能采用原始计算结果，不能修正，计算精度也无法保证。

因此，需要迫切突破高壁温对流换热、多部件辐射干扰与三维传热耦合的结构温度分析技术。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种用于高超声速飞行器半封闭区域的结构温度分析方法，能够解决气动加热/多部件辐射干扰/三维传热分析结果的精度和效率不能兼顾的问题。

本发明的技术解决方案：

一种用于高超声速飞行器半封闭区域的结构温度分析方法，该方法考虑高壁温对流换热和多部件辐射干扰，包括以下步骤：

生成关注部位的气动加热网格，壁面边界层内第一层网格尺度为0.01mm；

利用气动加热网格开展气动加热分析，开展不同壁温下的对流热流分析，获取高壁温下的对流热流数据库，所述数据库包含节点坐标、壁温与对流热流之间的对应关系；

生成考虑高壁温对流换热、多部件辐射干扰的三维传热分析网格，该网格包含空气网格和结构传热网格，相邻的空气网格和结构传热网格之间尺寸差小于1.5～3倍；

利用三维传热分析网格开展考虑高壁温对流换热、多部件辐射干扰的三维传热计算，气动加热的壁面为具有一定厚度的导热薄壳体，壳体厚度1e-6m，把高壁温对流热流以生热速率的形式加载在导热薄壳体内，生热速率库与高壁温对流热流库的关系为同时利用辐射模型分析其它高温壁面对气动加热壁面的辐射热流，利用传热模型分析在高壁温对流热流和辐射热流共同作用下气动加热壁面的温度升高和三维传热，计算时，气动加热壁面上的每个节点在每个时间步都实时提取各自的温度，再从所述对流热流数据库里提取相应的对流热流，将对流热流加载在该节点上，求解能量方程和辐射方程，自动加载辐射热流。

本发明实施例提供的一种用于高超声速飞行器半封闭区域的结构温度分析方法，建立了相应的操作规范，保证了气动加热/多部件辐射干扰/三维传热分析结果的精度和效率，通过使用本方法，可快速、准确的获得气动加热/多部件辐射干扰/三维传热耦合的结构温度，用于高超声速飞行器复杂干扰区结构热防护系统的设计和评估。实现飞行器复杂干扰区高温部件温度的精细分析，能够实现更加准确的结构热防护设计、评估及飞行试验弹道方案的确定。

附图说明