飞行器头部驻点烧蚀区域的碳基防热材料烧蚀预测方法与流程

技术特征：
1.一种飞行器头部驻点烧蚀区域的碳基防热材料烧蚀预测方法，其特征在于，包括步骤：碳基防热材料损失质量的物理过程包括气动力剥离烧蚀颗粒物理过程，在气动力剥离烧蚀颗粒物理过程中，利用烧蚀颗粒气动力剥离速度规律，并采用hiemenz流动作为驻点流模型计算气动力剥离烧蚀颗粒引起的烧蚀质量损失；基于烧蚀质量损失计算结果，预测烧蚀质量剥离和烧蚀壁面后退速度。2.根据权利要求1所述的飞行器头部驻点烧蚀区域的碳基防热材料烧蚀预测方法，其特征在于，所述利用烧蚀颗粒气动力剥离速度规律，并采用hiemenz流动作为驻点流模型计算气动力剥离烧蚀颗粒引起的烧蚀质量损失，包括子步骤：s1，计算在驻点流条件下考虑颗粒和流体惯性效应修正的颗粒启动速度；s2，计算得到的颗粒启动速度等于烧蚀颗粒的剥离速度，也就是烧蚀材料的质量损失速度或界面后退速度。3.根据权利要求2所述的飞行器头部驻点烧蚀区域的碳基防热材料烧蚀预测方法，其特征在于，在步骤s1中，包括子步骤：s11，初步测量碳基复合材料里碳基纤维和无机颗粒的直径范围d
p
和颗粒密度ρ
p
，对于氧化硅熔融层形成的液滴直径和密度能够确定性地获得；s12，通过正激波和脱体激波关系式计算空气的物理参数，所述空气的物理参数包括气体密度ρ
f
、气流的运动粘性系数ν，计算颗粒密度和气体密度之比ρ
r
，即ρ
r
＝ρ
p
/ρ
f
；s13，计算hiemenz流动的边界层特征长度其中b是hiemenz流动的挤压率；s14，计算决定烧蚀颗粒惯性的重要参数st，其中st给定方法为：其中，τ
p
为粉体响应特征时间，τ
f
为表示流体特征时间；s15，计算颗粒周围流体惯性re
x
，re
x
的给定方法为：其中，x
p
为烧蚀颗粒远离驻点的位置；s16，对流场进行数学建模，计算流场区域内颗粒及气流的动力学信息；s17，以粉体颗粒移动直径范围d
p
内的一个直径时，所具有的速度为颗粒启动速度，即剥离速度v
p0
，该剥离速度v
p0
从步骤s16计算出的动力学信息中提取；s18，以步骤s14中的st和步骤s15中的re
x
为标准，对步骤s16中的颗粒启动速度进行无量纲化；s19，以步骤s18中的无量纲化颗粒启动速度进行曲线拟合，获得无量纲化颗粒启动速度的拟合关系式v
p0
～(d
p
,ρ
r
,b,ν)。4.根据权利要求3所述的飞行器头部驻点烧蚀区域的碳基防热材料烧蚀预测方法，其特征在于，在步骤s11中，利用采样法初步测量碳基复合材料里碳基纤维和无机颗粒的直径范围d
p
和颗粒密度ρ
p
。5.根据权利要求3所述的飞行器头部驻点烧蚀区域的碳基防热材料烧蚀预测方法，其
特征在于，在步骤s11中，对于氧化硅熔融层形成的液滴直径和密度能够确定性地获得具体为采用查表精确获得，颗粒信息和防热材料密切相关，从而能够根据查表确定性的获得。6.根据权利要求3所述的飞行器头部驻点烧蚀区域的碳基防热材料烧蚀预测方法，其特征在于，在步骤s16中，所述计算流场区域内颗粒及气流的动力学信息具体为采用pr-dns方法。7.根据权利要求3所述的飞行器头部驻点烧蚀区域的碳基防热材料烧蚀预测方法，其特征在于，表征流体惯性的流动雷诺数随着远离驻点位移的增加而增加。8.根据权利要求1所述的飞行器头部驻点烧蚀区域的碳基防热材料烧蚀预测方法，其特征在于，所述hiemenz流动为全场非均匀加速流动。9.根据权利要求1～8任一所述的飞行器头部驻点烧蚀区域的碳基防热材料烧蚀预测方法，其特征在于，包括步骤：所述碳基防热材料损失质量的物理过程还包括气体引射物理过程，在气体引射物理过程中，采用气固界面两相流化学反应计算软件进行计算气体引射引起的烧蚀质量损失；基于两个子物理过程的烧蚀质量损失计算结果，预测烧蚀质量剥离和烧蚀壁面后退速度。10.根据权利要求9所述的飞行器头部驻点烧蚀区域的碳基防热材料烧蚀预测方法，其特征在于，所述气固界面两相流化学反应计算软件为现有软件。

技术总结
本发明公开了一种飞行器头部驻点烧蚀区域的碳基防热材料烧蚀预测方法，属于航空航天技术领域，包括步骤：碳基防热材料损失质量的物理过程包括气动力剥离烧蚀颗粒物理过程，在气动力剥离烧蚀颗粒物理过程中，利用烧蚀颗粒气动力剥离速度规律，并采用Hiemenz流动作为驻点流模型计算气动力剥离烧蚀颗粒引起的烧蚀质量损失；基于烧蚀质量损失计算结果，预测烧蚀质量剥离和烧蚀壁面后退速度。本发明解决了新型碳基复合材料烧蚀质量和界面后退速度无法预测的难题，实现了从0到1的突破，易于推广应用，潜在工业经济效益好。潜在工业经济效益好。潜在工业经济效益好。


技术研发人员：李青 余钊圣 袁先旭 林昭武 李婷婷
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所
技术研发日：2022.11.02
技术公布日：2023/2/3