多层防热结构接续烧蚀时的处理方法、装置、设备和介质

摘要

本申请公开了一种多层防热结构接续烧蚀时的处理方法、装置、设备和介质，涉及航天飞行器防热系统领域，包括分别建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层和承力结构层的内部温度场的方程；烧蚀单元层至少为两层；确定边界条件，边界条件包括烧蚀层与隔热层的边界条件、隔热层和承力结构层的边界条件、烧蚀层烧蚀表面的边界条件；烧蚀层烧蚀表面的边界条件包括壁温；对所有的内部温度场的方程和边界条件进行差分离散，得到差分方程；根据差分方程确定未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层、承力结构层的内部温度场的温度和壁温。本申请在烧蚀层接续烧蚀时将隔热层和承力结构层的内部温度场考虑在内，得到不同材料层的温度，提升烧蚀形貌和温度场计算准确性。

权利要求

1.一种多层防热结构接续烧蚀时的处理方法，其特征在于，包括：分别建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层和承力结构层的内部温度场的方程；

所述烧蚀单元层至少为两层；

确定边界条件，所述边界条件包括所述烧蚀层与所述隔热层的边界条件、所述隔热层和所述承力结构层的边界条件、所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件；所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件包括壁温；

对所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散，得到差分方程；

根据所述差分方程确定未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度以及壁温；

分别建立所述烧蚀层中各个烧蚀单元层、所述隔热层和所述承力结构层的热物性参数与对应的层结构厚度的关系；

根据当前烧蚀量确定当前最外层的所述烧蚀单元层；

根据当前最外层的所述烧蚀单元层的类型确定对应的用于确定下一时刻烧蚀量的烧蚀模型；

根据所述关系确定当前最外层的所述烧蚀单元层的热物性参数；

根据所述热物性参数、未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度、壁温、热解气体质量流率和所述烧蚀模型确定下一时刻烧蚀量；

对所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散之前，还包括：将处于固定坐标系中的所有的内部温度场的方程和所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件转换至随烧蚀表面退缩的动坐标系中的方程和边界条件；

相应的，对所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散包括：对转换后的所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散。

2.如权利要求1所述的多层防热结构接续烧蚀时的处理方法，其特征在于，分别建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层和承力结构层的内部温度场的方程包括：建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层的内部温度场的方程为：其中， 为热解气体质量流率， 为热解反应速率， 为热解热， 为第s层烧蚀单元层的密度， 为第s层烧蚀单元层的比热容，ks为第s层烧蚀单元层的导热系数，T为未烧蚀的烧蚀单元层的内部温度场的温度，t为烧蚀时间， 为定压比热， 为气体密度， 为温度T在传热方向y方向的梯度；

建立隔热层的内部温度场的方程为：

其中， 为隔热层的密度， 为隔热层的比热容， 为隔热层的导热系数， 为隔热层的内部温度场的温度， 为温度 在传热方向y方向的梯度；

建立承力结构层的内部温度场的方程为：

其中， 为承力结构层的密度， 为承力结构层的比热容， 为承力结构层的导热系数， 为承力结构层的内部温度场的温度， 为温度 在传热方向y方向的梯度。

3.如权利要求1所述的多层防热结构接续烧蚀时的处理方法，其特征在于，所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件为：其中， 为考虑了烧蚀效应后从烧蚀层表面传入多层防热结构内部的净热流， 为辐射系数， 为斯特藩‑玻尔兹曼参数， 为烧蚀层的壁温，ks为第s层烧蚀单元层的导热系数。

4.如权利要求1所述的多层防热结构接续烧蚀时的处理方法，其特征在于，根据所述差分方程确定未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度以及壁温包括：利用三对角追赶法、LU分解法、直接矩阵求逆矩阵法中任一种方法，根据所述差分方程确定未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度以及壁温。

5.一种多层防热结构接续烧蚀时的处理装置，其特征在于，包括：第一建立模块，用于分别建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层和承力结构层的内部温度场的方程；所述烧蚀单元层至少为两层；

第一确定模块，用于确定边界条件，所述边界条件包括所述烧蚀层与所述隔热层的边界条件、所述隔热层和所述承力结构层的边界条件、所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件；所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件包括壁温；

差分离散模块，用于对所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散，得到差分方程；

第二确定模块，用于根据所述差分方程确定未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度以及壁温；

第二建立模块，用于分别建立所述烧蚀层中各个烧蚀单元层、所述隔热层和所述承力结构层的热物性参数与对应的层结构厚度的关系；

第三确定模块，用于根据当前烧蚀量确定当前最外层的所述烧蚀单元层；

第四确定模块，用于根据当前最外层的所述烧蚀单元层的类型确定对应的用于确定下一时刻烧蚀量的烧蚀模型；

第五确定模块，用于根据所述关系确定当前最外层的所述烧蚀单元层的热物性参数；

第六确定模块，用于根据所述热物性参数、未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度、壁温、热解气体质量流率和所述烧蚀模型确定下一时刻烧蚀量；

转换模块，用于将处于固定坐标系中的所有的内部温度场的方程和所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件转换至随烧蚀表面退缩的动坐标系中的方程和边界条件；

相应的，所述差分离散模块用于对转换后的所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散，得到差分方程。

6.一种电子设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述多层防热结构接续烧蚀时的处理方法的步骤。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述多层防热结构接续烧蚀时的处理方法的步骤。

说明书

多层防热结构接续烧蚀时的处理方法、装置、设备和介质

技术领域

[0001] 本申请涉及航天飞行器防热系统领域，特别是涉及一种多层防热结构接续烧蚀时的处理方法、装置、电子设备和计算机可读存储介质。

背景技术

[0002] 航天飞行器热防护系统通常设计为多层结构形式，最外面的为烧蚀层，中间为隔热层，内部为承力结构层。为了减轻热防护系统重量、加强表面向外辐射散热或者保温目的，最外面的烧蚀层会由多种不同类型的烧蚀材料制成，例如，最外面为防热涂层，向里面依次为保温层、高密度烧蚀材料层、中密度烧蚀层等。飞行器在进入大气层飞行过程中，外层材料依次被烧掉，出现多种材料接续烧蚀的情况。目前，烧蚀计算方法在烧蚀过程中通常只能处理一层烧蚀材料，并不能处理两层以上烧蚀材料接续烧蚀，并未考虑到隔热层和承力结构层对烧蚀层的影响，导致计算出的热防护系统的各层温度偏差较大。

[0003] 因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。

发明内容

[0004] 本申请的目的是提供一种多层防热结构接续烧蚀时的处理方法、装置、电子设备和计算机可读存储介质，以准确获得多层防热结构的温度分布。

[0005] 为解决上述技术问题，本申请提供一种多层防热结构接续烧蚀时的处理方法，包括：

[0006] 分别建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层和承力结构层的内部温度场的方程；所述烧蚀单元层至少为两层；

[0007] 确定边界条件，所述边界条件包括所述烧蚀层与所述隔热层的边界条件、所述隔热层和所述承力结构层的边界条件、所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件；所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件包括壁温；

[0008] 对所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散，得到差分方程；

[0009] 根据所述差分方程确定未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度以及壁温。

[0010] 可选的，还包括：

[0011] 分别建立所述烧蚀层中各个烧蚀单元层、所述隔热层和所述承力结构层的热物性参数与对应的层结构厚度的关系；

[0012] 根据当前烧蚀量确定当前最外层的所述烧蚀单元层；

[0013] 根据当前最外层的所述烧蚀单元层的类型确定对应的用于确定下一时刻烧蚀量的烧蚀模型；

[0014] 根据所述关系确定当前最外层的所述烧蚀单元层的热物性参数；

[0015] 根据所述热物性参数、未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度、壁温、热解气体质量流率和所述烧蚀模型确定下一时刻烧蚀量。

[0016] 可选的，分别建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层和承力结构层的内部温度场的方程包括：

[0017] 建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层的内部温度场的方程为：

[0018]

[0019] 其中，其中， 为热解气体质量流率， 为热解反应速率， 为热解热，为第s层烧蚀单元层的密度， 为第s层烧蚀单元层的比热容，ks为第s层烧蚀单元层的导热系数，T为未烧蚀的烧蚀单元层的内部温度场的温度，t为烧蚀时间， 为定压比热， 为气体密度， 为温度T在传热方向y方向的梯度；

[0020] 建立隔热层的内部温度场的方程为：

[0021]

[0022] 其中， 为隔热层的密度， 为隔热层的比热容， 为隔热层的导热系数，为隔热层的内部温度场的温度， 为温度 在传热方向y方向的梯度；

[0023] 建立承力结构层的内部温度场的方程为：

[0024]

[0025] 其中， 为承力结构层的密度， 为承力结构层的比热容， 为承力结构层的导热系数， 为承力结构层的内部温度场的温度， 为温度 在传热方向y方
向的梯度。

[0026] 可选的，所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件为：

[0027]

[0028] 其中， 为考虑了烧蚀效应后从烧蚀层表面传入多层防热结构内部的净热流，为辐射系数， 为斯特藩‑玻尔兹曼参数， 为烧蚀层的壁温，ks为第s层烧蚀单元层的导热系数。

[0029] 可选的，根据所述差分方程确定未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度以及壁温包括：

[0030] 利用三对角追赶法、LU分解法、直接矩阵求逆矩阵法中任一种方法，根据所述差分方程确定未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度以及壁温。

[0031] 可选的，对所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散之前，还包括：

[0032] 将处于固定坐标系中的所有的内部温度场的方程和所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件转换至随烧蚀表面退缩的动坐标系中的方程和边界条件；

[0033] 相应的，对所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散包括：

[0034] 对转换后的所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散。

[0035] 本申请还提供一种多层防热结构接续烧蚀时的处理装置，包括：

[0036] 第一建立模块，用于分别建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层和承力结构层的内部温度场的方程；所述烧蚀单元层至少为两层；

[0037] 第一确定模块，用于确定边界条件，所述边界条件包括所述烧蚀层与所述隔热层的边界条件、所述隔热层和所述承力结构层的边界条件、所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件；所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件包括壁温；

[0038] 差分离散模块，用于对所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散，得到差分方程；

[0039] 第二确定模块，用于根据所述差分方程确定未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度以及壁温。

[0040] 可选的，还包括：

[0041] 转换模块，用于将处于固定坐标系中的所有的内部温度场的方程和所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件转换至随烧蚀表面退缩的动坐标系中的方程和边界条件；

[0042] 相应的，所述差分离散模块用于对转换后的所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散，得到差分方程。

[0043] 本申请还提供一种电子设备，其特征在于，包括：

[0044] 存储器，用于存储计算机程序；

[0045] 处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述任一种所述多层防热结构接续烧蚀时的处理方法的步骤。

[0046] 本申请还提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一种所述多层防热结构接续烧蚀时的处理方法的步骤。

[0047] 本申请所提供的一种多层防热结构接续烧蚀时的处理方法，包括：分别建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层和承力结构层的内部温度场的方程；所述烧蚀单元层至少为两层；确定边界条件，所述边界条件包括所述烧蚀层与所述隔热层的边界条件、所述隔热层和所述承力结构层的边界条件、所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件；所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件包括壁温；对所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散，得到差分方程；根据所述差分方程确定未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度以及壁温。

[0048] 可见，本申请中烧蚀层中至少包括两层烧蚀单元层，对未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层以及承力结构层分别建立对应的内部温度场的方程，确定烧蚀层、隔热层以及承力结构层之间的边界条件以及烧蚀层烧蚀表面的边界条件，再对烧蚀层、隔热层以及承力结构层各自的内部温度场方程和边界条件进行差分离散，进而根据差分离散方程确定未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层以及承力结构层的内部温度以及壁温，即可以得到多层防热结构各层的温度分布。本申请在烧蚀单元层接续烧蚀的过程中将不会烧蚀的隔热层和承力结构层的内部温度场考虑在内，提升温度的准确性。

[0049] 此外，本申请还提供一种具有上述优点的装置、电子设备和计算机可读存储介质。

附图说明

[0050] 为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0051] 图1为现有单层烧蚀材料的烧蚀内部热响应模型原理示意图；

[0052] 图2为本申请实施例所提供一种多层防热结构接续烧蚀时的处理方法的流程图；

[0053] 图3（a）至图3（d）为本申请中多层防热结构接续烧蚀的示意图；

[0054] 图4为本申请得到的烧蚀层内部温度场温度与美国CHAP程序计算的结果、实验结果的对比图；

[0055] 图5为本申请实施例所提供另一种多层防热结构接续烧蚀时的处理方法的流程图；

[0056] 图6为飞行器烧蚀层中一层和两层烧蚀单元层接续烧蚀计算结果比对图；

[0057] 图7为本申请适用于飞行器多层防热结构接续烧蚀计算模型实施流程图；

[0058] 图8为本申请实施例提供的多层防热结构接续烧蚀时的处理装置的结构框图。

具体实施方式

[0059] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0060] 单层烧蚀材料的烧蚀内部热响应模型原理示意图如图1所示，其中热防护系统总厚度为 ，烧蚀层的厚度为 ，除去烧蚀层剩余厚度为x， 为流入的热流， 为热解带走的热流， 为炭化层密度， 为热解区密度， 为原始材料层密度。O为固定坐标系原点，坐标轴y为固定坐标系中烧蚀方向， 为随烧蚀表面退缩的动坐标系原点，坐标轴 为动坐标系中烧蚀方向。

[0061] 正如背景技术部分所述，目前烧蚀计算方法在烧蚀过程中通常只能处理一层烧蚀材料， 并不能处理两层以上烧蚀材料接续烧蚀，并未考虑到隔热层和承力结构层对烧蚀层的影响，导致计算出的热防护系统的各层温度偏差较大。

[0062] 有鉴于此，本申请提供一种多层防热结构接续烧蚀时的处理方法，请参考图2，包括：

[0063] 步骤S101：分别建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层和承力结构层的内部温度场的方程；所述烧蚀单元层至少为两层。

[0064] 烧蚀层中包括至少两层烧蚀单元层，烧蚀单元层具体的层数视情况而定，本申请不做具体限定。烧蚀层由最外表面向内依次烧蚀。多层防热结构有外向内依次为烧蚀层、隔热层和承力结构层。

[0065] 分别建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层和承力结构层的内部温度场的方程包括：

[0066] 步骤S1011：建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层的内部温度场的方程为：

[0067] （1）

[0068] 其中， 为热解气体质量流率， 为热解反应速率， 为热解热， 为第s层烧蚀单元层的密度， 为第s层烧蚀单元层的比热容，ks为第s层烧蚀单元层的导热系数，T为未烧蚀的烧蚀单元层的内部温度场的温度，t为烧蚀时间， 为定压比热， 为气体密度， 为温度T在传热方向y方向的梯度， ， 为总的烧蚀厚度， 为
烧蚀层的总厚度。

[0069] 多层防热结构接续烧蚀的示意图如图3（a）至图3（d）所示。假设烧蚀层包括n层烧蚀单元层，分别记为烧蚀单元层a、烧蚀单元层b、烧蚀单元层c、…、烧蚀单元层m、烧蚀单元层n，各个烧蚀单元层的厚度分别对应记为 ，则烧蚀层的厚度 。隔热层的厚度为 ，承力结构层的厚度为 。
随着烧蚀的进行，烧蚀层从最外层向内侧依次烧蚀，总的烧蚀厚度为 。

[0070] 和 都是y坐标（传热方向坐标）的分段函数，取决于烧蚀层的材料类型，即：

[0071] 。

[0072] 步骤S1012：建立隔热层的内部温度场的方程为：

[0073]                 （2）

[0074] 其中， 为隔热层的密度， 为隔热层的比热容， 为隔热层的导热系数，为隔热层的内部温度场的温度， 为温度 在传热方向y方向的梯度。

[0075] 步骤S1013：建立承力结构层的内部温度场的方程为：

[0076]        （3）

[0077] 其中， 为承力结构层的密度， 为承力结构层的比热容， 为承力结构层的导热系数， 为承力结构层的内部温度场的温度， 为温度 在传热方向y方
向的梯度。

[0078] 公式（1）、（2）、（3）均是在固定坐标系中的方程，且公式（1）用带有热解的固体材料一维热传导基本方程来描述内部温度场。

[0079] 步骤S102：确定边界条件，所述边界条件包括所述烧蚀层与所述隔热层的边界条件、所述隔热层和所述承力结构层的边界条件、所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件；所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件包括壁温。

[0080] 需要指出的是，还需要确定多层防热结构所在环境的初始条件，初始条件包括但不限于初始温度、初始热流。

[0081] 烧蚀层与隔热层的边界条件为：在交界面处热流和温度相等；隔热层和承力结构层的边界条件为：在交界面处热流和温度相等。烧蚀层内表面采用绝热条件。

[0082] 所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件为：

[0083]                 （4）

[0084] 其中， 为考虑了烧蚀效应后从烧蚀层表面传入多层防热结构内部的净热流，为辐射系数， 为斯特藩‑玻尔兹曼参数， 为烧蚀层的壁温，壁温也即烧蚀层最外表面的温度，ks为第s层烧蚀单元层的导热系数。

[0085] 需要指出的是，公式（4）是在固定坐标系中的方程。

[0086] 步骤S103：对所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散，得到差分方程。

[0087] 差分离散的具体过程可参考相关技术，本申请不再详细赘述。本步骤得到的差分方程为标准形式的差分方程，形式如下：

[0088]        （5）

[0089] 其中，T为温度，A、B、C、D为系数，对应前述公式中的变量，下角标表示某个时刻，上角标表示某个位置，例如， 表示i时刻，第n+1个网格位置点的温度。

[0090] 步骤S104：根据所述差分方程确定未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度以及壁温。

[0091] 需要说明的是，本申请中对差分方程进行处理得到烧蚀单元层内部温度场的温度、隔热层内部温度场的温度、承力结构层的内部温度场的温度以及壁温的方式不做限定。

[0092] 可选的，根据所述差分方程确定未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度以及壁温包括：

[0093] 利用三对角追赶法、LU分解法、直接矩阵求逆矩阵法中任一种方法，根据所述差分方程确定未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度以及壁温。

[0094] 利用三对角追赶法、LU分解法、直接矩阵求逆矩阵法对差分方程进行求解的具体过程可参考相关技术，此处不再详细赘述。

[0095] 本申请中烧蚀层中至少包括两层烧蚀单元层，对未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层以及承力结构层分别建立对应的内部温度场的方程，确定烧蚀层、隔热层以及承力结构层之间的边界条件以及烧蚀层烧蚀表面的边界条件，再对烧蚀层、隔热层以及承力结构层各自的内部温度场方程和边界条件进行差分离散，进而根据差分离散方程确定未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层以及承力结构层的内部温度以及壁温，即可以得到多层防热结构各层的温度分布。本申请在烧蚀单元层接续烧蚀的过程中将不会烧蚀的隔热层和承力结构层的内部温度场考虑在内，提升温度的准确性。

[0096] 采用本申请的处理方法得到的烧蚀层内部温度场温度与美国CHAP程序计算的结果、实验结果的对比图如图4所示，其中横坐标为时间，纵坐标为温度，本申请处理方法计算得到的温度与其他两种结果的整体趋势相同。

[0097] 在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，请参考图5，多层防热结构接续烧蚀时的处理方法还包括：

[0098] 步骤S201：分别建立所述烧蚀层中各个烧蚀单元层、所述隔热层和所述承力结构层的热物性参数与对应的层结构厚度的关系。

[0099] 本申请中对各个层结构与对应的厚度的关系的形式不做限定，例如，可以为分段函数关系式，对于烧蚀单元层a，厚度 对应烧蚀单元层a的热物性参数；对于烧蚀单元层b，厚度 对应烧蚀单元层b的热物性参数；…；对于烧蚀单元层n，厚度 对应烧蚀单元层n的热物性参数；对于隔热层，厚度 对应隔热层的热物性参数；对于承力结构层，厚度 对应承力结构层的热物性参数。其中，热物性参数包括但不限于导热系数、比热容。

[0100] 步骤S202：根据当前烧蚀量确定当前最外层的所述烧蚀单元层。

[0101] 根据当前烧蚀量（也即总的烧蚀厚度） 与各个烧蚀单元层的厚度关系确定最外层的烧蚀单元层。例如，当 时，最外层的烧蚀单元层为烧蚀单元层a；当时，最外层的烧蚀单元层为烧蚀单元层b，依次类推，便可确定当
前处于最外层的烧蚀单元层。当 ，烧蚀层全部烧蚀。

[0102] 步骤S203：根据当前最外层的所述烧蚀单元层的类型确定对应的用于确定下一时刻烧蚀量的烧蚀模型。

[0103] 确定当前最外层的烧蚀单元层后，便可以得到当前最外层的烧蚀单元层的材料，从而可以确定当前最外层的烧蚀单元层的类型。烧蚀单元层的类型包括但不限于硅基类型、碳基类型、陶瓷基类型。

[0104] 在确定当前最外层的烧蚀单元层的类型后，便可以确定对应的烧蚀模型。例如，当当前最外层的烧蚀单元层的类型为硅基类型时，烧蚀模型便选择硅基烧蚀模型；当当前最外层的烧蚀单元层的类型为碳基类型时，烧蚀模型便选择碳基烧蚀模型；当当前最外层的烧蚀单元层的类型为陶瓷基类型时，烧蚀模型便选择陶瓷基烧蚀模型。

[0105] 需要说明的是，各种类型的烧蚀模型的方程为现有技术，此处不再一一列举。

[0106] 步骤S204：根据所述关系确定当前最外层的所述烧蚀单元层的热物性参数。

[0107] 例如，当当前最外层的烧蚀单元层为烧蚀单元层a时，便可以从热物性参数与对应的层结构厚度的关系中确定烧蚀单元层a的热物性参数；当当前最外层的烧蚀单元层为烧蚀单元层c时，便可以从热物性参数与对应的层结构厚度的关系中确定烧蚀单元层c的热物性参数。

[0108] 步骤S205：根据所述热物性参数、未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度、壁温、热解气体质量流率和所述烧蚀模型确定下一时刻烧蚀量。

[0109] 将当前最外层的烧蚀单元层的热物性参数、未烧蚀的烧蚀单元层内部温度场的温度、隔热层内部温度场的温度、承力结构层内部温度场的温度、壁温、热解气体质量流率带入步骤S203确定出的烧蚀模型中，得到下一时刻烧蚀量。

[0110] 本实施例中通过对烧蚀层中各个烧蚀单元层、隔热层以及承力结构层分别建立热物性参数与对应的层结构厚度的关系，准确描述各层材料性能，且承力结构层、隔热层材料温度会影响烧蚀层材料温度，决定了烧蚀情况是否发生等，本申请中分层考虑材料性能以及温度传递，从而使得烧蚀量的准确性提升。

[0111] 进一步的，在得到所有的烧蚀量之后，将烧蚀量的点在坐标图中连接起来，得到烧蚀形貌。

[0112] 当飞行器的烧蚀层包括两层烧蚀单元层，两层烧蚀单元层接续烧蚀与一层烧蚀单元层的烧蚀量结果对比如图6所示，其中横坐标为时间，纵坐标为烧蚀量。

[0113] 在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，对所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散之前，还包括：

[0114] 将处于固定坐标系中的所有的内部温度场的方程和所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件转换至随烧蚀表面退缩的动坐标系中的方程和边界条件；

[0115] 相应的，对所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散包括：

[0116] 对转换后的所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散。

[0117] 固定坐标系的原点在烧蚀层未烧蚀时的最外表面，动坐标的原点在烧蚀过程中的最外表面。

[0118] 不同坐标系中对方程进行转换的具体过程可参考相关技术，此处不再详细赘述。

[0119] 本实施例中通过将固定坐标系中的方程转换至动坐标系中，然后利用转换后的方程进行求解，可以简化计算的难度。

[0120] 下面以一具体情况对本申请中多层防热结构接续烧蚀时的处理方法进行阐述。

[0121] 步骤S301：分别建立烧蚀层中各个烧蚀单元层、隔热层和承力结构层的热物性参数与对应的层结构厚度的关系。

[0122] 步骤S302：根据当前烧蚀量 确定当前最外层的烧蚀单元层。

[0123] 步骤S303：根据当前最外层的烧蚀单元层的类型确定对应的用于确定下一时刻烧蚀量的烧蚀模型。

[0124] 步骤S304：根据热物性参数与对应的层结构厚度的关系确定当前最外层的烧蚀单元层的热物性参数。

[0125] 步骤S305：对于烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层（ ），在固定坐标系下，用带有热解的固体材料一维热传导基本方程来描述内部温度场：

[0126] （1）

[0127] 其中， 为热解气体质量流率， 为热解反应速率， 为热解热， 为第s层烧蚀单元层的密度， 为第s层烧蚀单元层的比热容，ks为第s层烧蚀单元层的导热系数，T为未烧蚀的烧蚀单元层的内部温度场的温度，t为烧蚀时间， 为定压比热， 为气体密度， 为温度T在传热方向y方向的梯度， ， 为总的烧蚀厚度， 为烧
蚀层的总厚度。

[0128] 步骤S306：对不发生烧蚀的隔热层和承力结构层分别建立内部温度场分别为：

[0129]                 （2）

[0130] 其中， 为隔热层的密度， 为隔热层的比热容， 为隔热层的导热系数，为隔热层的内部温度场的温度， 为温度 在传热方向y方向的梯度；

[0131]          （3）

[0132] 其中， 为承力结构层的密度， 为承力结构层的比热容， 为承力结构层的导热系数， 为承力结构层的内部温度场的温度， 为温度 在传热方向y方
向的梯度。

[0133] 步骤S307：确定初始条件和材料表面处边界条件及各功能层间边界条件。材料表面      处的边界条件分为：

[0134]                    （4）

[0135] 其中， 为考虑了烧蚀效应后从材料表面传入防热层内部的净热流， 为辐射系数， 为斯特藩‑玻尔兹曼参数， 为烧蚀层的壁温，ks为第s层烧蚀单元层的导热系数；

[0136] 烧蚀层与隔热层交界面 处，满足热流和温度相等的边界条件，隔热层与承力结构层交界面 处，满足热流和温度相等的边界条件，防热层内表面采用绝热条件。

[0137] 步骤S308：对不同层结构分别采用坐标变换将固定坐标系下含有在传热方向坐标y上的变量的方程转换至随烧蚀表面退缩的动坐标系中。

[0138] 步骤S309：对前述所有转换后的方程和边界条件进行差分离散，得到如下标准形式的差分方程：

[0139]        （5）

[0140] 其中，T为温度，A、B、C、D为系数，对应前述公式中的变量，下角标表示某个时刻，上角标表示某个位置。

[0141] 步骤S310：采用三对角追赶法求解差分方程，获得多层防热结构各个层结构的温度分布结果和壁温。

[0142] 步骤S311：根据热物性参数、未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层、承力结构层的内部温度场的温度、壁温、热解气体质量流率和烧蚀模型确定下一时刻烧蚀量。

[0143] 步骤S312：根据烧蚀量确定烧蚀形貌。

[0144] 本申请的处理方法基于固体材料热传导和热化学烧蚀及热解动力学基本方程，针对多层不同防热材料，依据烧蚀后退量和分层坐标选取相应烧蚀模型和热物性参数，通过坐标变换处理移动边界，经过差分离散和迭代求解，获得多层防热结构烧蚀量和温度分布结果，为防热系统设计提供依据。

[0145] 适用于飞行器多层防热结构接续烧蚀计算模型实施流程图如图7所示。

[0146] 下面对本申请实施例提供的多层防热结构接续烧蚀时的处理装置进行介绍，下文描述的多层防热结构接续烧蚀时的处理装置与上文描述的多层防热结构接续烧蚀时的处理方法可相互对应参照。

[0147] 图8为本申请实施例提供的多层防热结构接续烧蚀时的处理装置的结构框图，参照图8处理装置可以包括：

[0148] 第一建立模块100，用于分别建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层、隔热层和承力结构层的内部温度场的方程；所述烧蚀单元层至少为两层；

[0149] 第一确定模块200，用于确定边界条件，所述边界条件包括所述烧蚀层与所述隔热层的边界条件、所述隔热层和所述承力结构层的边界条件、所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件；所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件包括壁温；

[0150] 差分离散模块300，用于对所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散，得到差分方程；

[0151] 第二确定模块400，用于根据所述差分方程确定未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度以及壁温。

[0152] 本实施例的多层防热结构接续烧蚀时的处理装置用于实现前述的多层防热结构接续烧蚀时的处理方法，因此多层防热结构接续烧蚀时的处理装置中的具体实施方式可见前文中的多层防热结构接续烧蚀时的处理方法的实施例部分，例如，第一建立模块100，第一确定模块200，差分离散模块300，第二确定模块400，分别用于实现上述多层防热结构接续烧蚀时的处理方法中步骤S101，S102，S103和S104，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。

[0153] 可选的，还包括：

[0154] 第二建立模块，用于分别建立所述烧蚀层中各个烧蚀单元层、所述隔热层和所述承力结构层的热物性参数与对应的层结构厚度的关系；

[0155] 第三确定模块，用于根据当前烧蚀量确定当前最外层的所述烧蚀单元层；

[0156] 第四确定模块，用于根据当前最外层的所述烧蚀单元层的类型确定对应的用于确定下一时刻烧蚀量的烧蚀模型；

[0157] 第五确定模块，用于根据所述关系确定当前最外层的所述烧蚀单元层的热物性参数；

[0158] 第六确定模块，用于根据所述热物性参数、未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度、壁温、热解气体质量流率和所述烧蚀模型确定下一时刻烧蚀量。

[0159] 可选的，第一建立模块100包括：

[0160] 第一建立单元，用于建立烧蚀层中未烧蚀的烧蚀单元层的内部温度场的方程为：

[0161] （1）

[0162] 其中， 为热解气体质量流率， 为热解反应速率， 为热解热， 为第s层烧蚀单元层的密度， 为第s层烧蚀单元层的比热容，ks为第s层烧蚀单元层的导热系数，T为未烧蚀的烧蚀单元层的内部温度场的温度，t为烧蚀时间， 为定压比热， 为气体密度， 为温度T在传热方向y方向的梯度；

[0163] 第二建立单元，用于建立隔热层的内部温度场的方程为：

[0164]                （2）

[0165] 其中， 为隔热层的密度， 为隔热层的比热容， 为隔热层的导热系数，为隔热层的内部温度场的温度， 为温度 在传热方向y方向的梯度；

[0166] 第三建立单元，用于建立承力结构层的内部温度场的方程为：

[0167]       （3）

[0168] 其中， 为承力结构层的密度， 为承力结构层的比热容， 为承力结构层的导热系数， 为承力结构层的内部温度场的温度， 为温度 在传热方向y方
向的梯度。

[0169] 可选的，第一确定模块确定烧蚀层烧蚀表面的边界条件为：

[0170]                   （4）

[0171] 其中， 为考虑了烧蚀效应后从烧蚀层表面传入多层防热结构内部的净热流，为辐射系数， 为斯特藩‑玻尔兹曼参数， 为烧蚀层的壁温，ks为第s层烧蚀单元层的导热系数。

[0172] 可选的，第二确定模块具体用于利用三对角追赶法、LU分解法、直接矩阵求逆矩阵法中任一种方法，根据所述差分方程确定未烧蚀的所述烧蚀单元层、所述隔热层、所述承力结构层的内部温度场的温度以及壁温。

[0173] 可选的，还包括：

[0174] 转换模块，用于将处于固定坐标系中的所有的内部温度场的方程和所述烧蚀层烧蚀表面的边界条件转换至随烧蚀表面退缩的动坐标系中的方程和边界条件；

[0175] 相应的，所述差分离散模块用于对转换后的所有的内部温度场的方程和所述边界条件进行差分离散，得到差分方程。

[0176] 下面对本申请实施例提供的电子设备进行介绍，下文描述的电子设备与上文描述的多层防热结构接续烧蚀时的处理方法可相互对应参照。

[0177] 一种电子设备，包括：

[0178] 存储器，用于存储计算机程序；

[0179] 处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述多层防热结构接续烧蚀时的处理方法的步骤。

[0180] 下面对本申请实施例提供的计算机可读存储介质进行介绍，下文描述的计算机可读存储介质与上文描述的多层防热结构接续烧蚀时的处理方法可相互对应参照。

[0181] 一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述多层防热结构接续烧蚀时的处理方法的步骤。

[0182] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

[0183] 专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

[0184] 结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD‑ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

[0185] 以上对本申请所提供的多层防热结构接续烧蚀时的处理方法、装置、电子设备和计算机可读存储介质方法以及装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。