(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111632329.6 (22)申请日 2021.12.28 (71)申请人 中国航天空气动力技 术研究院 地址 100074 北京市丰台区云岗西路17号 (72)发明人 罗晓光　邓代英　聂榕序　高俊杰　 陈思员　俞继军　艾邦成　 (74)专利代理 机构 北京思创大成知识产权代理 有限公司 1 1614 专利代理师 高爽 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 113/28(2020.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 一种用于飞行器的可控烧蚀防热结构设计 方法 (57)摘要 本发明公开了一种用于飞行器的可控烧蚀 防热结构设计方法， 包括： 基于气动加热环境参 数、 第一烧蚀防热材料的第一初始厚度， 得到单 层防热结构的第一总厚度； 基于气动加热环境参 数、 首层防热材料的第二初始厚度、 第二层防热 材料的第三初始厚度和界面特征温度约束条件， 获得多层防热结构的第二总厚度； 判断多层防热 结构的第二总厚度与单层防热结构的第一总厚 度之间的差值是否满足预设条件， 如果满足则获 得多层防热结构的最优厚度。 通过本发明的可控 烧蚀防热结构设计方法设计的多层防热结构由 于每层防热层的材料组成不同， 不同材料可以具 有不同的耐温性能和导热系数， 在整体上达到既 耐高温又 具有低的平均导热系数的要求。 权利要求书2页 说明书8页 附图1页 CN 114491791 A 2022.05.13 CN 114491791 A 1.一种用于飞行器的可控 烧蚀防热 结构设计方法， 其特 征在于， 包括： 步骤1： 获取 所述飞行器的气动加热环境 参数， 并设定用于防热 结构设计的约束条件； 步骤2： 从防热材料库中选取用于单层防热结构设计的第一烧蚀防热材料并设定所述 第一烧蚀防热 材料的第一初始厚度； 步骤3： 基于所述气动加热环境参数、 所述第一烧蚀防热材料的所述第一初始厚度， 得 到单层防热 结构的第一总厚度； 步骤4： 将所述第一烧蚀防热材料作为用于多层防热结构设计的首层防热材料， 并从所 述防热材料库中选取第二烧蚀防热 材料作为第二层防热 材料； 步骤5： 设定界面特征温度约束条件， 并设定所述首层防热材料的第 二初始厚度以及所 述第二层防热 材料的第三初始厚度； 步骤6： 基于所述气动加热环境参数、 所述首层防热材料的所述第二初始厚度、 所述第 二层防热材料的所述第三初始厚度和所述界面特征温度约束 条件， 得到所述首层防热材料 的第一目标厚度和所述第二层防热材料的第二目标厚度， 从而获得多层防热结构的第二总 厚度； 步骤7： 判断所述多层防热结构的所述第二总厚度与所述单层防热结构的所述第一总 厚度之间的差值是否满足预设条件， 如果满足则获得 所述多层防热 结构的最优厚度。 2.根据权利要求1所述的用于飞行器的可控 烧蚀防热 结构设计方法， 其特 征在于， 所述步骤3包括： 步骤31： 基于所述气动加热环境参数和所述第一烧蚀防热材料的所述第一初始厚度， 应用气动加热烧蚀热响应计算程序计算所述第一烧蚀 防热材料的第一烧蚀后退和第一温 度响应； 步骤32： 基于所述第一烧蚀后退和所述第一温度响应的计算结果和所述约束条件， 判 断所述单层防热结构是否满足预设防热需求， 如果满足则将所述第一初始厚度作为第一总 厚度， 如果不满足则改变所述第一初始厚度并重复执行所述步骤31， 直到满足所述预设防 热需求。 3.根据权利要求1所述的用于飞行器的可控 烧蚀防热 结构设计方法， 其特 征在于， 所述步骤6包括： 步骤61： 基于所述气动加热环境参数和所述首层防热材料的所述第二初始厚度， 应用 气动加热烧蚀热响应 计算程序计算所述首层防热 材料的第二烧蚀后退和第二温度响应； 步骤62： 基于所述第二烧蚀后退和所述第二温度响应的计算结果和所述界面特征温度 约束条件， 判断所述首层防热材料是否满足所述预设 防热需求， 如果满足则将所述第二初 始厚度作为所述第一目标厚度， 如果不满足则改变所述第二初始厚度并重复执行所述步骤 61， 直到满足所述预设防热需求； 步骤63： 基于所述气动加热环境参数、 所述首层防热材料的所述第一目标厚度和所述 第二层防热材料的所述第三初始厚度， 应用所述气动加热烧蚀热响应计算程序计算所述多 层防热结构的第三烧蚀后退和第三温度响应； 步骤64： 基于所述第三烧蚀后退和所述第三温度响应的计算结果和所述防热结构设计 的约束条件， 判断所述多层防热结构是否满足所述预设 防热需求， 如果满足则将所述第三 初始厚度作为第二目标厚度， 如果不满足则改变所述第三初始厚度并重复执行所述步骤权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114491791 A 263， 直到满足所述预设防热需求； 步骤65： 将所述第一目标厚度和所述第二目标厚度相加得到所述多层防热结构的所述 第二总厚度。 4.根据权利要求1所述的用于飞行器的可控 烧蚀防热 结构设计方法， 其特 征在于， 所述步骤7之后还 包括： 如果所述多层防热结构的所述第二总厚度与所述单层防热结构的所述第一总厚度之 间的所述差值不满足所述预设条件， 则改变所述界面特征温度约束条件， 重复执行所述步 骤5‑所述步骤6， 直到所述差值满足所述预设条件。 5.根据权利要求1所述的用于飞行器的可控烧蚀防热结构设计方法， 其特征在于， 所述 气动加热环境参数包括沿时间历程t的热流密度qor、 高温气体恢复焓hr、 壁面压力p和表面 剪力 τ。 6.根据权利要求1所述的用于飞行器的可控烧蚀防热结构设计方法， 其特征在于， 所述 防热材料库包括碳/酚醛复合材料、 轻质碳/酚醛复合材料、 石英/酚醛复合材料、 轻质化石 英/酚醛复合材 料和蜂窝增强防热 材料。 7.根据权利要求1所述的用于飞行器的可控烧蚀防热结构设计方法， 其特征在于， 所述 约束条件包括飞行器防热结构的面密度ρsur、 总厚度h和飞行器背面的最高温度tmax的至少 其中之一。 8.根据权利要求1所述的用于飞行器的可控 烧蚀防热 结构设计方法， 其特 征在于， 在所述步骤4中， 所述首层防热 材料的密度大于所述第二层防热 材料的密度； 所述首层防热 材料的热导 率大于所述第二层防热 材料的热导 率。 9.一种电子设备， 其特 征在于， 所述电子设备包括： 存储器， 存储有可执行指令； 处理器， 所述处理器运行所述存储器 中的所述可执行指令， 以实现根据权利要求1 ‑8中 任一项所述的用于飞行器的可控 烧蚀防热 结构设计方法。 10.一种计算机可读存储介质， 其特征在于， 该计算机可读存储介质存储有计算机程 序， 该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1 ‑8中任一项所述的用于飞行器的可控烧 蚀防热结构设计方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114491791 A 3