[发明专利]一种结构功能一体化热设计方法

说明书

本申请属于飞机总体设计与功能结构设计领域，特别涉及一种结构功能一体化热设计方法。包括：通过需求分析明确功能结构设计边界；综合材料数据库、主动冷却结构构型数据库、制造工艺数据库的基础特性与技术可行性，在结构几何约束条件下，开展技术选型论证；进行结构流道设计参数、主动冷却系统设计参数辨识，结合关键参数元件实验，分析其对结构传热、换热特性的影响规律，归纳总结结构功能一体化热设计的关键参数群，并按照作用效果选取结构流道设计参数、主动冷却系统设计参数，完成方案设计；从多个维度层级分解功能结构综合评价指标体系，并按照评价要求完成方案评估以及参数优化设计；在模拟热力工况下完成典型功能结构试验件热力耦合试验。

技术领域

本申请属于飞机总体设计与功能结构设计领域，特别涉及一种结构功能一体化热设计方法。

背景技术

高马赫数飞行器长时飞行将承受严酷力/热耦合环境，引起局部结构超温和飞行器表面大温度梯度，产生较大结构热应力，现有热结构/热防护设计多通过被动热防护硬抗，依赖材料耐温性能的被动热防护结构难以适应局部超温与长时多场环境使用需要。在结构内布置主动冷却流道，通过主动冷却功能与结构本体的一体化设计可以有效解决结构超温问题，但需要综合实现主动冷却功能结构的承载与热防护功能。

高马赫数飞行器高温高热结构与主动冷却功能融合设计，面临气动热、热防护与主动冷却系统的交叉设计挑战，受到跨专业多维度的关键参数影响，为综合实现主动冷却结构的承载与热防护功能带来极大挑战。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种结构功能一体化热设计方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种结构功能一体化热设计方法，包括：

步骤一、通过需求分析明确功能结构设计边界；

步骤二、综合材料数据库、主动冷却结构构型数据库、制造工艺数据库的基础特性与技术可行性，在结构几何约束条件下，开展技术选型论证；

步骤三、进行结构流道设计参数、主动冷却系统设计参数辨识，结合关键参数元件实验，分析其对结构传热、换热特性的影响规律，归纳总结结构功能一体化热设计的关键参数群，并按照作用效果选取结构流道设计参数、主动冷却系统设计参数，完成方案设计；

步骤四、面向实际应用的功能与性能要求，从多个维度层级分解功能结构综合评价指标体系，并按照评价要求完成方案评估以及参数优化设计；

步骤五、在模拟热力工况下完成典型功能结构试验件热力耦合试验。

在本申请的至少一个实施例中，步骤一中，所述需求分析包括热防护需求分析、承载需求分析以及重复使用需求分析。

在本申请的至少一个实施例中，步骤二中，

所述材料数据库包括冷却介质性能数据库以及结构材料性能数据库；

所述主动冷却构型数据库包括直流道数据库、分形流道数据库、拓扑流道数据库；

所述制造工艺数据库包括增材制造数据库、机械加工数据库、精密铸造数据库。

在本申请的至少一个实施例中，步骤三中，

所述结构流道设计参数包括流道截面尺寸、流道截面形状、流道长度、流道布置构型、流道数量、流道间距以及流道表面状态；

所述主动冷却系统设计参数包括流体种类、流动状态、流量、流速、流动方向、流体进出口、驱动泵功。

在本申请的至少一个实施例中，所述流道截面形状包括矩形、三角形、梯形以及圆形。