[发明专利]一种整体式TPS中气凝胶隔热层的热导率分析方法

权利要求书

1.一种整体式TPS中气凝胶隔热层的热导率分析方法，其特征在于，所述整体式TPS包括外防热面板、气凝胶隔热层、内辅助面板、胶层和金属承载板；

所述热导率分析方法包括如下步骤：

测量气凝胶隔热层在常压、不同温度条件下的热物性参数，包括密度、比热容和热导率；

绘制气凝胶隔热层的热导率与温度之间的关系曲线，对该关系曲线进行分段，将每一分段视为直线，建立每一分段的带有修正系数的热导率与温度的关联式；

在不同气压条件下开展对整体式TPS的电弧风洞试验，测绘不同气压条件下整体式TPS中外防热面板的表面温度随时间变化的表面温升曲线并测绘不同气压条件下整体式TPS中内辅助面板或金属承载板背面的温度随时间变化的第一温升曲线；

根据整体式TPS中气凝胶隔热层测量的热物性参数和其余部件设置的热物性参数对整体式TPS进行仿真建模，并以电弧风洞试验获得的外防热面板表面温度作为边界条件，设定整体式TPS四周及背面绝热，利用一维非稳态导热微分方程开展不同气压条件下的仿真计算，仿真计算时间与电弧风洞试验时间相同；绘制金属承载板背面的温度随时间变化的第二温升曲线；

对比相同气压条件下根据电弧风洞试验测绘的第一温升曲线和根据仿真计算绘制的第二温升曲线：若各时刻第一温升曲线和第二温升曲线中的温度值差异小于等于设定阈值则以仿真计算时利用的气凝胶隔热层热导率作为该气压条件下气凝胶隔热层的热导率；若各时刻第一温升曲线和第二温升曲线中的温度值差异大于设定阈值则关联式中的修正系数进行调整以调整气凝胶隔热层的热导率：若第二温升曲线中的温度值大于第一温升曲线中的温度值则减小修正系数，否则增大修正系数；利用根据调整后的关联式得到的气凝胶隔热层热导率重新开展仿真计算直至各时刻第一温升曲线和第二温升曲线中的温度值差异小于等于设定阈值。

2.根据权利要求1所述的整体式TPS中气凝胶隔热层的热导率分析方法，其特征在于，测量气凝胶隔热层在常压、不同温度条件下的热物性参数的方法为采用稳态法或瞬态法测量，测量中温度测点的间隔≤200℃。

3.根据权利要求1所述的整体式TPS中气凝胶隔热层的热导率分析方法，其特征在于，每一分段的带有修正系数的热导率与温度的关联式为：λ＝c(aT+b)，λ为热导率，T为温度，a、b分别为常数，c为修正系数。

4.根据权利要求1所述的整体式TPS中气凝胶隔热层的热导率分析方法，其特征在于，电弧风洞试验的试验参数及条件为：采用两个内置热电偶分别测量整体式TPS中外防热面板及内辅助面板温度变化，两个内置热电偶分别距外防热面板、内辅助面板的距离≤0.5mm；采用单一状态进行试验，试验时间保证外防热面板表面温度处于平衡状态；整体式TPS厚度≥10mm，外防热面板和内辅助面板的厚度均≤2mm；内置热电偶位置距整体式TPS边缘≥40mm；整体式TPS与试验工装缝隙填充隔热材料进行密封，隔热材料热导率≤0.06W/(m.k)；整体式TPS与试验工装四周缝隙尺寸≥1mm，金属承载板背面填充的隔热材料厚度≥10mm，与试验工装热导率≤30W/(m.k)；对于测量金属承载板背面的温度变化，金属承载板边缘距整体式TPS边缘距离≥5mm；胶层、金属承载板的厚度与热物性参数均已知，胶层粘接界面接触完好。

5.根据权利要求1所述的整体式TPS中气凝胶隔热层的热导率分析方法，其特征在于，所述一维非稳态导热微分方程为其中，λ为热导率，T为温度，ρ为密度，cp为比热容，t为时间。

6.根据权利要求1所述的整体式TPS中气凝胶隔热层的热导率分析方法，其特征在于，所述设定阈值为5℃。