CN114671043A - 材料参数的确定方法、飞行器及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种材料参数的确定方法、飞行器及电子设备。其中，该方法包括：获取飞行器在飞行过程中，在飞行器的表面区域所形成的不稳定波的属性信息，其中，不稳定波为振幅随时间增大或其总能量随周围环境能量的消耗而增加的大气波动；依据不稳定波的属性信息确定飞行器在飞行过程中的边界参数；依据边界参数，确定铺设在表面区域的多孔材料的参数信息，其中，参数信息用于在多孔材料铺设在飞行器表面后，在飞行器的表面形成一个声波导，且经过声波导的声波中压力波和胀压波的相位关系满足预设条件。本申请解决了采用低热导率材料隔热或使用冷却流质热交换实现降热的方法存在重量大的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及声学领域，具体而言，涉及一种材料参数的确定方法、飞行器及电子设备。
背景技术
高超声速飞行器的热防护系统分为两大类：主动热防护系统和被动热防护系统。主动热防护系统包括多种热防护结构和方法，如常用的隔热结构、热屏蔽结构、薄膜冷却结构、再生冷却结构、热管结构等等；被动热防护系统应用了多种烧蚀性能良好的聚合物及复合材料热防护涂层来保证飞行器不受强热流的破坏。
其基本原理都是基于传统的传热传质基本原理，即采用低热导率材料隔热或者使用冷却流质热交换实现降热(如常用的隔热结构、热屏蔽结构、薄膜冷却结构、再生冷却结构、热管结构、复合材料热防护涂层)或者使用一次性烧蚀材料短暂降热。该方法使用的材料存在重量大、结构复杂的问题。
针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请实施例提供了一种材料参数的确定方法、飞行器及电子设备，以至少解决采用低热导率材料隔热或使用冷却流质热交换实现降热的方法存在重量大的技术问题。
根据本申请实施例的一个方面，提供了一种材料参数的确定方法，包括：获取飞行器在飞行过程中，在飞行器的表面区域所形成的不稳定波的属性信息，其中，不稳定波为振幅随时间增大或其总能量随周围环境能量的消耗而增加的大气波动；依据不稳定波的属性信息确定飞行器在飞行过程中的边界参数；依据边界参数，确定铺设在表面区域的多孔材料的参数信息，其中，参数信息用于在多孔材料铺设在飞行器表面后，在飞行器的表面形成一个声波导，且经过声波导的声波中压力波和胀压波的相位关系满足预设条件。
可选地，依据不稳定波的属性信息确定飞行器在飞行过程中的边界参数，包括：获取当前环境对应的不稳定波的频率；依据边界参数与不稳定波的频率的关系曲线，以及当前环境对应的不稳定波的频率，确定边界参数。
可选地，多孔材料的参数信息至少包括多孔材料的材料属性。
可选地，方法还包括：依据多孔材料的材料属性，以及边界参数，确定多孔材料的铺设位置。
可选地，边界参数为声阻抗。
可选地，预设条件为压力波和胀压波的相位的余弦值大于0。
可选地，不稳定波的属性信息至少包括不稳定波的频率、不稳定波的增长率。
可选地，多孔材料使用细颗粒圆球体粉末不锈钢经高温烧结而成。
根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种飞行器，包括：机身和铺设在机身表面的多孔材料涂层，其中，涂层的参数信息满足以下条件：在多孔材料铺设在飞行器表面后，在飞行器的表面形成一个声波导，且经过声波导的声波中压力波和胀压波的相位关系满足预设条件。
根据本申请实施例的又一方面，还提供了一种电子设备，包括：存储器，用于存储程序指令；处理器，与存储器连接，用于执行实现以下功能的程序指令：获取飞行器在飞行过程中，在飞行器的表面区域所形成的不稳定波的属性信息，其中，不稳定波为振幅随时间增大或其总能量随周围环境能量的消耗而增加的大气波动；依据不稳定波的属性信息确定飞行器在飞行过程中的边界参数；依据边界参数，确定铺设在表面区域的多孔材料的参数信息，其中，参数信息用于在多孔材料铺设在飞行器表面后，在飞行器的表面形成一个声波导，且经过声波导的声波中压力波和胀压波的相位关系满足预设条件。
根据本申请实施例的再一方面，还提供了一种非易失性存储介质，该非易失性存储介质包括存储的介质，其中，在程序运行时控制该非易失性存储介质所在设备执行上述的材料参数的确定方法。
在本申请实施例中，通过获取飞行器在飞行过程中，在飞行器的表面区域所形成的不稳定波的属性信息，依据不稳定波的属性信息确定飞行器在飞行过程中的边界参数，依据边界参数，确定铺设在表面区域的多孔材料的参数信息，达到了依据不稳定波的属性信息确定多孔材料的参数信息的目的，从而实现了将多孔材料铺设在飞行器表面实现降热的技术效果，进而解决了采用低热导率材料隔热或使用冷却流质热交换实现降热的方法存在重量大的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的一种用于实现材料参数的确定方法的计算机终端(或电子设备)的硬件结构框图；
图2是根据本申请实施例的一种材料参数的确定方法的流程图；
图3是根据本申请实施例的一种风洞模型和表面多孔材料的显微镜图；
图4是根据本申请实施例的普通光滑表面模型和多孔材料表面热流随时间变化对比图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
相关技术基于传统的传热传质基本原理，即采用低热导率材料隔热或者使用冷却流质热交换实现降热的方法(隔热结构、热屏蔽结构、薄膜冷却结构、再生冷却结构、热管结构、复合材料热防护涂层)，这种材料往往存在重量大，结构复杂的问题，且该材料为一次性烧蚀材料，无法反复使用。为解决上述技术问题，本申请实施例提供了相应的解决方案，以下详细说明。
本申请实施例所提供的材料参数的确定方法实施例可以在移动终端、计算机终端或者类似的运算装置中执行。图1示出了一种用于实现材料参数的确定方法的计算机终端(或电子设备)的硬件结构框图。如图1所示，计算机终端10(或电子设备10)可以包括一个或多个(图中采用102a、102b，……，102n来示出)处理器(处理器可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)、用于存储数据的存储器104、以及用于通信功能的传输模块106。除此以外，还可以包括：显示器、输入/输出接口(I/O接口)、通用串行总线(USB)端口(可以作为I/O接口的端口中的一个端口被包括)、网络接口、电源和/或相机。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述电子装置的结构造成限定。例如，计算机终端10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。
应当注意到的是上述一个或多个处理器和/或其他数据处理电路在本文中通常可以被称为“数据处理电路”。该数据处理电路可以全部或部分的体现为软件、硬件、固件或其他任意组合。此外，数据处理电路可为单个独立的处理模块，或全部或部分的结合到计算机终端10(或电子设备)中的其他元件中的任意一个内。如本申请实施例中所涉及到的，该数据处理电路作为一种处理器控制(例如与接口连接的可变电阻终端路径的选择)。
存储器104可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本申请实施例中的材料参数的确定方法对应的程序指令/数据存储装置，处理器通过运行存储在存储器104内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的材料参数的确定方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机终端10。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
传输模块106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括计算机终端10的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个网络适配器(Network Interface Controller，NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为射频(Radio Frequency，RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
显示器可以例如触摸屏式的液晶显示器(LCD)，该液晶显示器可使得用户能够与计算机终端10(或电子设备)的用户界面进行交互。
此处需要说明的是，在一些可选实施例中，上述图1所示的计算机设备(或电子设备)可以包括硬件元件(包括电路)、软件元件(包括存储在计算机可读介质上的计算机代码)、或硬件元件和软件元件两者的结合。应当指出的是，图1仅为特定具体实例的一个实例，并且旨在示出可存在于上述计算机设备(或电子设备)中的部件的类型。
在上述运行环境下，本申请实施例提供了一种材料参数的确定方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图2是根据本申请实施例的一种材料参数的确定方法的流程图，用以确定铺设在飞行器表面的材料的参数信息，从而基于热声原理实现高速气流中的降热，如图2所示，该方法包括如下步骤：
步骤S202，获取飞行器在飞行过程中，在飞行器的表面区域所形成的不稳定波的属性信息，其中，不稳定波为振幅随时间增大或其总能量随周围环境能量的消耗而增加的大气波动；
步骤S204，依据不稳定波的属性信息确定飞行器在飞行过程中的边界参数；
步骤S206，依据边界参数，确定铺设在表面区域的多孔材料的参数信息，其中，参数信息用于在多孔材料铺设在飞行器表面后，在飞行器的表面形成一个声波导，且经过声波导的声波中压力波和胀压波的相位关系满足预设条件。
在上述步骤S202至步骤S206中，通过在飞行器表面布置多孔材料，可以修改经过该多孔材料的声波中压力波和胀压波的相位关系，从而实现对飞行器的降热。
飞行器在高速气流中飞行时，高超声速流动在飞行器表面区域会自动形成一个声波导，声波导中会出现一种第二模态波的声波扰动，其压缩膨胀过程会带来热效应，器吸热或放热过程由声波内部的压力波和胀压波的相位差决定。具体地，预设条件为当压力波和胀压波的相位差的余弦值小于0，则放热；当压力波和胀压波的相位差的余弦值大于0，则吸热。
需要说明的是，第二模态波是高超声速壁面流动独有的一种不稳定波，它的表现形式和声波类似，主要在壁面附近以声波的形式传导。
由于在确定材料参数时需要根据稳定性理论确定边界参数，因此，在上述材料参数的确定方法中的步骤S204中，依据不稳定波的属性信息确定飞行器在飞行过程中的边界参数，具体包括如下步骤：获取当前环境对应的不稳定波的频率；依据边界参数与不稳定波的频率的关系曲线，以及当前环境对应的不稳定波的频率，确定边界参数。
在上述步骤中，根据稳定性理论可以给出在不同边界参数下流动中不稳定波的频率、增长率等属性信息，而声阻抗是边界参数之一，在本申请实施例中的边界参数主要指材料的声阻抗，声阻抗指边界处(材料表面处)压力脉动幅值与速度脉动幅值的比值。例如，输入不同的声阻抗值，根据稳定性理论可以得到一条声阻抗与不稳定波频率的关系曲线，而在实验中可以测出不稳定波的频率大小，从而反向得到对应的声阻抗的大小。
同时，根据典型的声学材料公式(如多层孔板)给出了声学材料的几何参数、材料属性与声阻抗之间的关系，在已知声阻抗、材料声学属性的前提下，可以反推出多孔材料的几何参数。
通过上述描述，基于稳定性理论分析获得满足要求的声阻抗大小和铺设位置，并按照声阻抗的信息，使用细颗粒圆球体粉末不锈钢经高温烧结而成形成金属多孔材料，将多孔材料铺设在飞行器表面形成声阻抗。
在本申请实施例中，多孔材料的参数信息至少包括多孔材料的材料属性，这里的多孔材料的属性至少包括材料对应的声阻抗信息，并依据多孔材料的材料属性，以及边界参数，确定多孔材料的铺设位置，其中，铺设位置为将多孔材料铺设在飞行器表面上的位置。
铺设多孔材料的位置可通过如下方式获取：在没有安设多孔材料的光滑表面使用高频压力传感器测量不同位置扰动幅值，选取扰动幅值最大位置作为铺设多孔材料位置。
本申请实施例还提供了一种飞行器，具体包括：机身和铺设在机身表面的多孔材料涂层，其中，涂层的参数信息满足以下条件：在多孔材料铺设在飞行器表面后，在飞行器的表面形成一个声波导，且经过声波导的声波中压力波和胀压波的相位关系满足预设条件。
需要说明的是，本申请实施例中的飞行器表面的多孔材料涂层的参数的确定方法和图2所示的材料参数的确定方法相同，上述材料参数的确定方法中的相关解释说明也适用于该飞行器表面的多孔材料涂层的参数的确定，此处不再赘述。
图3是根据本申请实施例的一种风洞模型和表面多孔材料的显微镜图，如图3所示，图3左侧的风洞模型为全长260mm，前100mm为半顶角为5度的直锥，后160mm是外接一个相切圆弧的裙锥，弧半径为935mm。图3右侧为表面多孔材料的显微镜放大图，其中，多孔材料的平均孔径为0.1mm，图3所示的风洞模型为模拟飞行器在高超声速环境下表面的热流变化，实验结果如图4所示，图4为普通光滑表面模型和多孔材料表面热流随时间变化对比图，需要说明的是，普通光滑表面是在多孔材料表面贴一层厚度为0.1mm的铜箔实现。图4中的结果显示，在相同高速流动中，多孔材料相比于光滑表面材料热流下降了25％左右。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (11)
1.一种材料参数的确定方法，其特征在于，包括：
获取飞行器在飞行过程中，在所述飞行器的表面区域所形成的不稳定波的属性信息，其中，所述不稳定波为振幅随时间增大或其总能量随周围环境能量的消耗而增加的大气波动；
依据所述不稳定波的属性信息确定所述飞行器在飞行过程中的边界参数；
依据所述边界参数，确定铺设在所述表面区域的多孔材料的参数信息，其中，所述参数信息用于在所述多孔材料铺设在飞行器表面后，在所述飞行器的表面形成一个声波导，且经过所述声波导的声波中压力波和胀压波的相位关系满足预设条件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据所述不稳定波的属性信息确定所述飞行器在飞行过程中的边界参数，包括：
获取当前环境对应的所述不稳定波的频率；
依据所述边界参数与所述不稳定波的频率的关系曲线，以及所述当前环境对应的所述不稳定波的频率，确定所述边界参数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多孔材料的参数信息至少包括所述多孔材料的材料属性。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：依据所述多孔材料的材料属性，以及所述边界参数，确定所述多孔材料的铺设位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述边界参数为声阻抗。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设条件为所述压力波和所述胀压波的相位的余弦值大于0。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不稳定波的属性信息至少包括所述不稳定波的频率、所述不稳定波的增长率。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多孔材料使用细颗粒圆球体粉末不锈钢经高温烧结而成。
9.一种飞行器，其特征在于，包括：机身和铺设在所述机身表面的多孔材料涂层，其中，所述涂层的参数信息满足以下条件：在所述多孔材料铺设在飞行器表面后，在所述飞行器的表面形成一个声波导，且经过所述声波导的声波中压力波和胀压波的相位关系满足预设条件。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储程序指令；
处理器，与所述存储器连接，用于执行实现以下功能的程序指令：获取飞行器在飞行过程中，在所述飞行器的表面区域所形成的不稳定波的属性信息，其中，所述不稳定波为振幅随时间增大或其总能量随周围环境能量的消耗而增加的大气波动；依据所述不稳定波的属性信息确定所述飞行器在飞行过程中的边界参数；依据所述边界参数，确定铺设在所述表面区域的多孔材料的参数信息，其中，所述参数信息用于在所述多孔材料铺设在飞行器表面后，在所述飞行器的表面形成一个声波导，且经过所述声波导的声波中压力波和胀压波的相位关系满足预设条件。
11.一种非易失性存储介质，其特征在于，所述非易失性存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述非易失性存储介质所在设备执行权利要求1至8中任意一项所述的材料参数的确定方法。
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| CN112208748A (zh) * | 2020-10-13 | 2021-01-12 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种主被动组合的超高速边界层转捩宽频控制方法 |
-
2022
- 2022-04-25 CN CN202210439464.7A patent/CN114671043A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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