1.考虑烧蚀热解产物引射的气动热与热响应耦合计算方法,其特征在于,所述方法包括:步骤一:确定飞行器的几何外形,绘制流场网格与结构场网格;步骤二:选择飞行弹道点,根据所选飞行弹道点对应时刻的飞行马赫数、高度、攻角和侧滑角,基于流场网格进行气动热环境求解,获得气动热环境计算结果;步骤三:将流场数据与结构场数据在壁面位置处进行交互,将气动热环境计算结果中的壁面热流分布与压力分布传递给结构场表面网格点,获得热响应计算的边界条件;步骤四:建立考虑飞行器表面烧蚀反应、内部热解及热解气体流动的质量守恒方程,建立考虑飞行器材料表面烧蚀反应和内部热解反应吸热、固体相的热传导和热解气体对流换热的能量守恒方程,基于步骤三获得的热响应计算的边界条件,利用质量守恒方程和能量守恒方程进行热响应计算,模拟设定时长,得到飞行器结构温度分布情况、飞行器表面烧蚀反应情况和飞行器内部热解反应及热解气体流动情况;步骤五:将流场数据与结构场数据在壁面位置处进行交互,基于飞行器结构温度分布情况获得飞行器表面温度分布,基于飞行器表面烧蚀反应情况获得飞行器表面烧蚀反应产物组分及引射质量流率分布,基于飞行器内部热解反应及热解气体流动情况获得飞行器表面处内部热解反应产物组分及引射质量流率分布,将飞行器表面温度分布、飞行器表面烧蚀反应产物组分及引射质量流率分布和飞行器表面处内部热解反应产物组分及引射质量流率分布传递给流场壁面网格点,获得气动热环境计算的边界条件;步骤六:根据步骤四中模拟的设定时长确定时刻,基于该时刻确定飞行弹道,基于飞行弹道确定飞行马赫数、高度、攻角和侧滑角,将步骤五中传递的飞行器表面温度分布、飞行器表面烧蚀反应产物组分及引射质量流率分布和飞行器表面处内部热解反应产物组分及引射质量流率分布以质量引射动量边界条件输入,基于流场网格进行气动热环境计算,得到计算气动热环境结果;步骤七:判断是否计算完飞行弹道,若计算完则结束;若没有,则返回步骤二,继续沿飞行弹道点进行气动热环境求解。
2.根据权利要求1所述的考虑烧蚀热解产物引射的气动热与热响应耦合计算方法,其特征在于,所述步骤三利用反距离权重法在空间上的流场网格和固体场网格之间插值,将气动热环境计算结果中的壁面热流分布与压力分布传递给结构场表面网格点,获得热响应计算的边界条件;所述步骤五具体为:将流场数据与结构场数据在壁面位置处进行交互,将步骤四计算获得的飞行器结构温度分布情况、飞行器表面烧蚀反应情况和飞行器内部热解反应及热解气体流动情况通过反距离权重法传递给流场壁面网格点,获得气动热环境计算的边界条件;反距离权重法计算公式为: ; ; ;其中, 为已知插值点上的物理量, 为待插值点上的物理量, 为已知插值点与待插值点的距离, 和 为衰减控制量, 为插值节点i的权值,n为插值点的数量,x和y分别为待插值点的横坐标和纵坐标,x i 和y i 分别为已知插值点的横坐标和纵坐标。
3.根据权利要求1所述的考虑烧蚀热解产物引射的气动热与热响应耦合计算方法,其特征在于,所述步骤二具体为:选择飞行弹道点,根据所选飞行弹道点对应时刻的飞行马赫数、高度、攻角和侧滑角,基于流场网格利用有限体积法求解三维可压缩Navier-Stokes方程获得气动热环境计算结果;所述步骤六利用有限体积法求解三维可压缩Navier-Stokes方程,基于流场网格进行气动热环境计算,得到计算气动热环境结果。
4.根据权利要求1所述的考虑烧蚀热解产物引射的气动热与热响应耦合计算方法,其特征在于,质量守恒方程为: ;其中, 为材料孔隙率, 为热解气体常数, 为温度, 为压力, 为时间, 为材料渗透率, 为热解气体速度, 为热解前的材料孔隙率, 为热解前的材料密度, 为热解后的材料孔隙率, 为热解后的材料密度, 为材料固体密度, 为偏导数运算符。
5.根据权利要求1所述的考虑烧蚀热解产物引射的气动热与热响应耦合计算方法,其特征在于,能量守恒方程为: ;其中, 为热解气体密度, 为气体定压比热容, 为温度, 为时间, 为材料孔隙率, 为材料固体密度, 为固体定压比热容, 为热传导系数, 为气体的达西速度, 为气体产物的焓, 为材料的焓, 为热解热流。
6.根据权利要求1所述的考虑烧蚀热解产物引射的气动热与热响应耦合计算方法,其特征在于,质量引射动量边界条件为: ; ; ; ; ; ;其中, 为表面处的温度, 为设置的温度, 和 为表面处非法向外两个方向的速度, 为表面处的密度, 为临近表面第一层网格处的压力, 为临近表面第一层网格处的密度, 为临近表面第一层网格处的速度, 为质量引射气体常数, 为表面质量引射气体的质量流率, 为表面处的速度。