CN115356372B - 一种新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法及系统 - Google Patents

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CN115356372B CN202211300857.6A CN202211300857A CN115356372B CN 115356372 B CN115356372 B CN 115356372B CN 202211300857 A CN202211300857 A CN 202211300857A CN 115356372 B CN115356372 B CN 115356372B
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Abstract

本发明涉及空天飞行器热防护领域，特别是公开了一种新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法及系统，本发明采用试验面与对照面测温数据相结合的方法进行有限的数据分析，获取试验面复合材料表面和结构内部沿飞行轨道的时变温度数据，本发明的数据能够反映试验面复合材料的整体热响应，特别是能够反映靠近气动加热面的复合材料防热效能；与基于内壁面测量点温度数据的导热反问题分析方法相比，本发明根据对照面外壁面的气动加热热流数据，通过热壁修正公式得到试验面的气动加热热流数据，进而获得的导入试验面的复合材料结构内部的温度剖面，具有较高的处理精度，且受测量点温度偏差的干扰较小，结果可信度高。

Description

一种新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法及系统
技术领域
本发明涉及空天飞行器热防护领域，特别是涉及一种新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法、装置、设备、计算机可读存储介质及系统。
背景技术
热防护用复合材料具有多尺度、多组元、非均匀等特征，受细观结构、复杂工艺等因素限制，其防热性能的精细测试，特别是飞行条件下的在线测试分析，面临着传感器安装设计困难、测量精度低、不确定度大等困难。如何在飞行试验中获得精细测试结果并分析飞行条件下复合材料内部热响应特性，是复合材料在高超声速飞行器热防护系统中轻量化、低冗余应用的关键。
现有技术对高超声速条件下的温度测量，多为在复合材料试验面结构内侧安装温度传感器，通过这个位于材料内壁的温度传感器测量沿飞行轨道的复合材料内壁时变温度数据，近似评估复合材料在飞行条件下的传热性能。也有基于内壁时变温度数据，通过导热反问题分析，反演获得导入复合材料结构内部的时变温度剖面，但因内壁面测量点远离气动加热面，数据通常变化幅度较小，仅能获得测量点局部传热特性，难以反映复合材料整体热响应，特别是难以反映靠近气动加热面的复合材料防热效能。并且，尽管理论上可以通过导热反问题分析，反演获得导入复合材料结构内部的时变温度剖面，但是由于内壁面测量点温度数据变化幅度较小，反演数据对测量点温度偏差敏感度高，结果可信度低。
因此，如何对高超声速条件下材料内部温度分布进行精确测量，提高计算得到的材料内部热响应特性的准确度，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法、装置、设备、计算机可读存储介质及系统，以解决现有技术中高超声速条件下，对复合材料的时变温度数据采集不准确，计算得到的内部热响应特性可信性低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法，包括：
获取第一时刻的对照面实测温度数据，及所述第一时刻的试验面全场温度数据；所述对照面及所述试验面为横向构型具有对称性的飞行器上的两个对称面；
根据所述第一时刻的对照面实测温度数据，确定所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据；
根据所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的对照面气动加热热流数据；
根据所述第一时刻的对照面气动加热热流数据及所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面气动加热热流数据；
根据所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据；
根据所述第一时刻的试验面气动加热热流数据，与所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的试验面导入结构热流数据；
根据所述第一时刻的试验面全场温度数据、所述第一时刻的试验面导入结构热流数据及预存的试验面绝热信息，确定第二时刻的试验面全场温度数据；其中，所述第一时刻与所述第二时刻为连续的两个数据采样时刻。
可选地，在所述的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法中，所述第一时刻的试验面气动加热热流数据通过下式获得：
Figure 876817DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 619776DEST_PATH_IMAGE002
为通用气体常数，
Figure 518462DEST_PATH_IMAGE003
为空气平均分子质量，
Figure 228929DEST_PATH_IMAGE004
为比热比，
Figure 707314DEST_PATH_IMAGE005
为边界层外缘密度，
Figure 68895DEST_PATH_IMAGE006
为边界层外缘速度，
Figure 669640DEST_PATH_IMAGE007
为对流换热无量纲数，
Figure 867403DEST_PATH_IMAGE008
为所述第一时刻的试验面气动加热热流数据，
Figure 228109DEST_PATH_IMAGE009
为所述第一时刻的对照面气动加热热流数据，
Figure 398190DEST_PATH_IMAGE010
为所述第一时刻的试验面外表面温度数据，
Figure 904258DEST_PATH_IMAGE011
为所述第一时刻的对照面实测温度数据；
所述第一时刻的试验面全场温度数据包括所述第一时刻的试验面外表面温度数据。
可选地，在所述的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法中，所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据的获得方法包括：
根据所述第一时刻的对照面实测温度数据，通过Stefan-Boltzmann定律，得到所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据。
可选地，在所述的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法中，在得到所述第二时刻的试验面全场温度数据之后，还包括：
将所述第二时刻的试验面全场温度数据进行可视化，得到所述第二时刻的试验面热响应可视数据。
一种新型材料在飞行试验中的时变热响应测试装置，包括：
全场温度获取模块，用于获取第一时刻的对照面实测温度数据，及所述第一时刻的试验面全场温度数据；所述对照面及所述试验面为横向构型具有对称性的飞行器上的两个对称面；
对照面热辐射模块，用于根据所述第一时刻的对照面实测温度数据，确定所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据；
对照面热流模块，用于根据所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的对照面气动加热热流数据；
试验面热流模块，用于根据所述第一时刻的对照面气动加热热流数据及所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面气动加热热流数据；
试验面热辐射模块，用于根据所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据；
试验面导入热流模块，用于根据所述第一时刻的试验面气动加热热流数据，与所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的试验面导入结构热流数据；
试验面全场定温模块，用于根据所述第一时刻的试验面全场温度数据、所述第一时刻的试验面导入结构热流数据及预存的试验面绝热信息，确定第二时刻的试验面全场温度数据；其中，所述第一时刻与所述第二时刻为连续的两个数据采样时刻。
一种数据访问设备，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上述任一种所述的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法的步骤。
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上述任一种所述的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法的步骤。
一种新型材料在飞行试验中的时变热响应测试系统，包括测温处理器与对照面温度传感器，待测飞行器横向构型具有对称性，对照面与试验面为所述待测飞行器上的两个对称面；
所述对照面温度传感器用于获得对照面实测温度数据；
所述测温处理器用于获取第一时刻的对照面实测温度数据，及所述第一时刻的试验面全场温度数据；所述对照面及所述试验面为横向构型具有对称性的飞行器上的两个对称面；根据所述第一时刻的对照面实测温度数据，确定所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据；根据所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的对照面气动加热热流数据；根据所述第一时刻的对照面气动加热热流数据及所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面气动加热热流数据；根据所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据；根据所述第一时刻的试验面气动加热热流数据，与所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的试验面导入结构热流数据；根据所述第一时刻的试验面全场温度数据、所述第一时刻的试验面导入结构热流数据及预存的试验面绝热信息，确定第二时刻的试验面全场温度数据；其中，所述第一时刻与所述第二时刻为连续的两个数据采样时刻。
可选地，在所述的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试系统中，所述对照面温度传感器为在所述对照面开孔安装的传感器。
可选地，在所述的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试系统中，还包括试验面温度传感器；
所述试验面温度传感器用于获得试验面实测温度数据；
所述测温处理器还用于根据所述试验面实测温度数据对所述试验面全场温度数据进行修正。
本发明所提供的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法，通过获取第一时刻的对照面实测温度数据，及所述第一时刻的试验面全场温度数据；所述对照面及所述试验面为横向构型具有对称性的飞行器上的两个对称面；根据所述第一时刻的对照面实测温度数据，确定所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据；根据所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的对照面气动加热热流数据；根据所述第一时刻的对照面气动加热热流数据及所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面气动加热热流数据；根据所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据；根据所述第一时刻的试验面气动加热热流数据，与所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的试验面导入结构热流数据；根据所述第一时刻的试验面全场温度数据、所述第一时刻的试验面导入结构热流数据及预存的试验面绝热信息，确定第二时刻的试验面全场温度数据；其中，所述第一时刻与所述第二时刻为连续的两个数据采样时刻。
本发明采用试验面与对照面测温数据相结合的方法进行有限的数据分析，获取试验面复合材料表面和结构内部沿飞行轨道的时变温度数据，与单通过复合材料结构内壁温度传感器直接获取时变温度的方案相比，本发明的数据能够反映试验面复合材料的整体热响应，特别是能够反映靠近气动加热面的复合材料防热效能；与基于内壁面测量点温度数据的导热反问题分析方法相比，本发明根据对照面外壁面的气动加热热流数据，通过热壁修正公式得到试验面的气动加热热流数据，进而获得的导入试验面的复合材料结构内部的温度剖面，具有较高的处理精度，且受测量点温度偏差的干扰较小，结果可信度高。本发明同时还提供了一种具有上述有益效果的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试装置、设备、计算机可读存储介质及系统。
附图说明
高超声速技术是事关国家空天安全和产业发展的战略高技术，当前世界各国在该技术领域的竞争越发激烈。随着新型临近空间高超声速飞行器向更高马赫数、更长航时、可重复使用等趋势的发展，气动热环境日趋恶劣，对飞行器热防护系统设计提出了更苛刻的要求，超高温热防护问题成为了制约飞行器发展的重要瓶颈。复合材料（如纤维增强、颗粒增韧、防隔热一体功能梯度复合材料等）因具有轻质、耐高温、抗氧化、可重复使用等优良性能，在高超声速飞行器结构热防护设计中得到越来越多的应用。
为了更清楚的说明本发明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发明的一些实施例，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。
图1为本发明提供的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法的一种具体实施方式的流程示意图；
图2为本发明提供的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法的一种具体实施方式的飞行器的结构示意图；
图3为本发明提供的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法的另一种具体实施方式的流程示意图；
图4为本发明提供的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试装置的一种具体实施方式的结构示意图；
图5为本发明提供的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试系统的一种具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
受复合材料纤维、颗粒等细观结构的影响，采用基于结构开孔安装的薄壁温度传感器、同轴热流传感器进行测温难以实施，采用超声无损测温技术声时捕捉困难。
现有技术方案在复合材料试验面结构内侧安装温度传感器，通过内壁温度传感器测量沿飞行轨道的复合材料内壁时变温度数据，近似评估复合材料在飞行条件下的传热性能，但因内壁温度变化幅度角度，传热性能评估能力有限。也有基于内壁时变温度数据，通过导热反问题分析，反演获得导入复合材料结构内部的时变温度剖面，但反演数据对内壁测量点温度偏差敏感度高，结果可信度低。
为了获得复合材料内部热响应的精细测试结果，可根据飞行器构型特征，借鉴成熟金属材料测试，利用对照面的辅助信息获取精细热响应数据，采用试验面与对照面测温数据相结合的方法进行有限的数据分析，以期支撑新型复合材料在飞行条件下结构内部热响应特征的精细测量。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法，其一种具体实施方式的流程示意图如图1所示，称其为具体实施方式一，包括：
S101：获取第一时刻的对照面实测温度数据，及所述第一时刻的试验面全场温度数据；所述对照面及所述试验面为横向构型具有对称性的飞行器上的两个对称面。
横向构型具有对称特征的飞行器，在无偏航飞行条件下左右两侧具有相同的气动热环境状态。为了评估飞行条件下新型复合材料传热性能，飞行试验设计将飞行器两侧分别布置新型复合材料（试验面）与常规热防护材料（对照面），用于对比评估，请参考图2，图2为本发明中所述的横向构型具有对称性的飞行器，以及飞行器的试验面与对照面的热流示意图。需要说明的是，本申请中的待测面（也即需要测试以得到其热响应数据的面）为所述试验面，所述对照面为已知热响应特性的常规热防护材料面，图中两表面的热壁气动热
Figure 277732DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 629079DEST_PATH_IMAGE013
对应本具体实施方式中的所述气动加热热流数据，导入结构热流
Figure 247142DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 658532DEST_PATH_IMAGE015
对应本具体实施方式中的导入结构热流数据，辐射散热量
Figure 548997DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 376138DEST_PATH_IMAGE017
对应本具体实施方式中的所述辐射散热热流数据，图中的零侧滑角即为空气与飞行器头部接触时的角度，所述试验面一般为新型复合材料。
为了获得沿整个飞行轨道的复合材料热响应特性，采用试验面与对照面测温数据相结合的方法进行有限的数据分析，以期支撑新型复合材料在飞行条件下结构内部热响应特征的精细测量。
所述对照面实测温度数据可以为设置于所述对照面的温度传感器或热流传感器得到的温度数据。
S102：根据所述第一时刻的对照面实测温度数据，确定所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据。
本步骤中，作为一种优选实施方式，所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据的获得方法包括：
根据所述第一时刻的对照面实测温度数据，通过Stefan-Boltzmann（史蒂芬-玻尔兹曼）定律，得到所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据。已知实测温度数据，使用Stefan-Boltzmann定律计算辐射散热热流，占用算力低，步骤少，提高计算效率。
另外，所述对照面导入结构热流数据可通过导热反问题分析获得，准确率较高。
S103：根据所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的对照面气动加热热流数据。
所述第一时刻的对照面气动加热热流数据即空气与飞行器表面摩擦产生的热量总和，这些热量共有两种去向，即以热辐射形式散发，或被导入材料内部，也即变为所述导入结构热流或所述辐射散热热流，因此所述第一时刻的对照面气动加热热流数据可通过所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据直接相加得到。
S104：根据所述第一时刻的对照面气动加热热流数据及所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面气动加热热流数据。
由于气动加热热流在对照面与试验面形貌相同的情况下只与温度相关，因此所述对照面气动加热热流数据可以等效为相同温度下的试验面气动加热热流数据。
具体地，本步骤中的第一时刻的试验面气动加热热流数据通过下式（1）获得：
Figure 537124DEST_PATH_IMAGE001
（1）
其中，
Figure 384994DEST_PATH_IMAGE002
为通用气体常数，
Figure 231596DEST_PATH_IMAGE003
为空气平均分子质量，
Figure 924746DEST_PATH_IMAGE004
为比热比，
Figure 720663DEST_PATH_IMAGE005
为边界层外缘密度，
Figure 473856DEST_PATH_IMAGE018
为边界层外缘速度，
Figure 852096DEST_PATH_IMAGE007
为对流换热无量纲数，
Figure 145674DEST_PATH_IMAGE008
为所述第一时刻的试验面气动加热热流数据，
Figure 796098DEST_PATH_IMAGE009
为所述第一时刻的对照面气动加热热流数据，
Figure 189033DEST_PATH_IMAGE010
为所述第一时刻的试验面外表面温度数据，
Figure 557698DEST_PATH_IMAGE011
为所述第一时刻的对照面实测温度数据；
所述第一时刻的试验面全场温度数据包括所述第一时刻的试验面外表面温度数据。
其中，所述通用气体常数一般取
Figure 841918DEST_PATH_IMAGE019
，所述空气平均分子质量
Figure 612427DEST_PATH_IMAGE020
，所述比热比
Figure 441843DEST_PATH_IMAGE021
，边界层外缘密度
Figure 94541DEST_PATH_IMAGE022
及及边界层外缘速度
Figure 933184DEST_PATH_IMAGE006
由无粘斜激波理论获得，所述对流换热无量纲数
Figure 43354DEST_PATH_IMAGE023
，
Figure 43671DEST_PATH_IMAGE024
为当地雷诺数，经验参数a=0.3~0.4。
通过上式（1）可简单快速将所述第一时刻的对照面气动加热热流数据转化为所述第一时刻的试验面气动加热热流数据，速度快，效率高，且需要额外采集的数据少，降低了计算难度。
S105：根据所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据。
同步骤S102，本步骤也可采用Stefan-Boltzmann（史蒂芬-玻尔兹曼）定律得到所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据。
S106：根据所述第一时刻的试验面气动加热热流数据，与所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的试验面导入结构热流数据。
前文中已经说明，所述气动加热热流数据即为该面的辐射散热热流数据与对应的导入结构热流数据的和，因此，本步骤中求所述第一时刻的试验面导入结构热流数据，只需将所述第一时刻的试验面气动加热热流数据与所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据相减即可。
S107：根据所述第一时刻的试验面全场温度数据、所述第一时刻的试验面导入结构热流数据及预存的试验面绝热信息，确定第二时刻的试验面全场温度数据；其中，所述第一时刻与所述第二时刻为连续的两个数据采样时刻。
所述数据采样时刻可为传感器的采样时刻，所述第一时刻与所述第二时刻之间的采样间隔的范围为1*10-4至1*10-3，当然，也可根据实际情况作相应变动。
更进一步地，在得到所述第二时刻的试验面全场温度数据之后，还包括：
将所述第二时刻的试验面全场温度数据进行可视化，得到所述第二时刻的试验面热响应可视数据。
所述第二时刻的试验面热响应可视数据可发送至显示设备，方便相关工作人员直观掌握所述试验面的时变温度数据，热响应可视数据可为表格形式显示或图形形式。
当然，在实际使用中，通常为监控一段较长的高超声速条件下的飞行器表面的热响应变化，有明确的起始时间与终止时间，则可利用本发明提供的方法，从初始时刻
Figure 121348DEST_PATH_IMAGE025
开始，依次计算各个数据采样时刻t的试验面全场温度数据，每次计算完一个数据采样时刻
Figure 763682DEST_PATH_IMAGE026
的试验面全场温度数据，就令
Figure 39943DEST_PATH_IMAGE027
，进入下一时刻的计算，直至
Figure 726008DEST_PATH_IMAGE028
，即可获得
Figure 25402DEST_PATH_IMAGE029
时段试验面的全部全场温度数据，其对应的流程示意图如图3所示。
本发明所提供的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法，通过获取第一时刻的对照面实测温度数据，及所述第一时刻的试验面全场温度数据；所述对照面及所述试验面为横向构型具有对称性的飞行器上的两个对称面；根据所述第一时刻的对照面实测温度数据，确定所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据；根据所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的对照面气动加热热流数据；根据所述第一时刻的对照面气动加热热流数据及所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面气动加热热流数据；根据所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据；根据所述第一时刻的试验面气动加热热流数据，与所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的试验面导入结构热流数据；根据所述第一时刻的试验面全场温度数据、所述第一时刻的试验面导入结构热流数据及预存的试验面绝热信息，确定第二时刻的试验面全场温度数据；其中，所述第一时刻与所述第二时刻为连续的两个数据采样时刻。本发明采用试验面与对照面测温数据相结合的方法进行有限的数据分析，获取试验面复合材料表面和结构内部沿飞行轨道的时变温度数据，与单通过复合材料结构内壁温度传感器直接获取时变温度的方案相比，本发明的数据能够反映试验面复合材料的整体热响应，特别是能够反映靠近气动加热面的复合材料防热效能；与基于内壁面测量点温度数据的导热反问题分析方法相比，本发明根据对照面外壁面的气动加热热流数据，通过热壁修正公式得到试验面的气动加热热流数据，进而获得的导入试验面的复合材料结构内部的温度剖面，具有较高的处理精度，且受测量点温度偏差的干扰较小，结果可信度高。
下面对本发明实施例提供的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试装置进行介绍，下文描述的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试装置与上文描述的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法可相互对应参照。
图4为本发明实施例提供的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试装置的结构框图，参照图4新型材料在飞行试验中的时变热响应测试装置可以包括：
全场温度获取模块100，用于获取第一时刻的对照面实测温度数据，及所述第一时刻的试验面全场温度数据；所述对照面及所述试验面为横向构型具有对称性的飞行器上的两个对称面；
对照面热辐射模块200，用于根据所述第一时刻的对照面实测温度数据，确定所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据；
对照面热流模块300，用于根据所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的对照面气动加热热流数据；
试验面热流模块400，用于根据所述第一时刻的对照面气动加热热流数据及所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面气动加热热流数据；
试验面热辐射模块500，用于根据所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据；
试验面导入热流模块600，用于根据所述第一时刻的试验面气动加热热流数据，与所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的试验面导入结构热流数据；
试验面全场定温模块700，用于根据所述第一时刻的试验面全场温度数据、所述第一时刻的试验面导入结构热流数据及预存的试验面绝热信息，确定第二时刻的试验面全场温度数据；其中，所述第一时刻与所述第二时刻为连续的两个数据采样时刻。
作为一种优选实施方式，所述试验面热流模块400包括公式计算单元；
所述公式计算单元，用于通过下式获得所述第二时刻的试验面气动加热热流数据：
Figure 2586DEST_PATH_IMAGE030
（1）
其中，
Figure 336615DEST_PATH_IMAGE002
为通用气体常数，
Figure 678735DEST_PATH_IMAGE003
为空气平均分子质量，
Figure 481737DEST_PATH_IMAGE004
为比热比，
Figure 997032DEST_PATH_IMAGE005
为边界层外缘密度，
Figure 451147DEST_PATH_IMAGE018
为边界层外缘速度，
Figure 964168DEST_PATH_IMAGE007
为对流换热无量纲数，
Figure 300471DEST_PATH_IMAGE008
为所述第一时刻的试验面气动加热热流数据，
Figure 822719DEST_PATH_IMAGE009
为所述第一时刻的对照面气动加热热流数据，
Figure 960702DEST_PATH_IMAGE010
为所述第一时刻的试验面外表面温度数据，
Figure 910203DEST_PATH_IMAGE011
为所述第一时刻的对照面实测温度数据；
所述第一时刻的试验面全场温度数据包括所述第一时刻的试验面外表面温度数据。
作为一种优选实施方式，所述试验面热辐射模块500包括：
玻尔兹曼单元，用于根据所述第一时刻的对照面实测温度数据，通过Stefan-Boltzmann定律，得到所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据。
作为一种优选实施方式，所述试验面全场定温模块700，还包括可视化单元；
所述可视化单元，用于在得到所述第二时刻的试验面全场温度数据之后，将所述第二时刻的试验面全场温度数据进行可视化，得到所述第二时刻的试验面热响应可视数据。
本发明所提供的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试装置，包括全场温度获取模块100，用于获取第一时刻的对照面实测温度数据，及所述第一时刻的试验面全场温度数据；所述对照面及所述试验面为横向构型具有对称性的飞行器上的两个对称面；对照面热辐射模块200，用于根据所述第一时刻的对照面实测温度数据，确定所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据；对照面热流模块300，用于根据所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的对照面气动加热热流数据；试验面热流模块400，用于根据所述第一时刻的对照面气动加热热流数据及所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面气动加热热流数据；试验面热辐射模块500，用于根据所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据；试验面导入热流模块600，用于根据所述第一时刻的试验面气动加热热流数据，与所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的试验面导入结构热流数据；试验面全场定温模块700，用于根据所述第一时刻的试验面全场温度数据、所述第一时刻的试验面导入结构热流数据及预存的试验面绝热信息，确定第二时刻的试验面全场温度数据；其中，所述第一时刻与所述第二时刻为连续的两个数据采样时刻。本发明采用试验面与对照面测温数据相结合的方法进行有限的数据分析，获取试验面复合材料表面和结构内部沿飞行轨道的时变温度数据，与单通过复合材料结构内壁温度传感器直接获取时变温度的方案相比，本发明的数据能够反映试验面复合材料的整体热响应，特别是能够反映靠近气动加热面的复合材料防热效能；与基于内壁面测量点温度数据的导热反问题分析方法相比，本发明根据对照面外壁面的气动加热热流数据，通过热壁修正公式得到试验面的气动加热热流数据，进而获得的导入试验面的复合材料结构内部的温度剖面，具有较高的处理精度，且受测量点温度偏差的干扰较小，结果可信度高。
本实施例的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试装置用于实现前述的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法，因此新型材料在飞行试验中的时变热响应测试装置中的具体实施方式可见前文中的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法的实施例部分，例如，全场温度获取模块100，对照面热辐射模块200，对照面热流模块300，试验面热流模块400，试验面热辐射模块500，试验面导入热流模块600，试验面全场定温模块700，分别用于实现上述新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法中步骤S101，S102，S103，S104，S105，S106，S107，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。
本发明还提供了一种新型材料在飞行试验中的时变热响应测试系统，其一种具体实施方式的结构示意图如图5所示，包括测温处理器20与对照面温度传感器10，待测飞行器横向构型具有对称性，对照面与试验面为所述待测飞行器上的两个对称面；
所述对照面温度传感器10用于获得对照面实测温度数据；
所述测温处理器20用于获取第一时刻的对照面实测温度数据，及所述第一时刻的试验面全场温度数据；所述对照面及所述试验面为横向构型具有对称性的飞行器上的两个对称面；根据所述第一时刻的对照面实测温度数据，确定所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据；根据所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的对照面气动加热热流数据；根据所述第一时刻的对照面气动加热热流数据及所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面气动加热热流数据；根据所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据；根据所述第一时刻的试验面气动加热热流数据，与所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的试验面导入结构热流数据；根据所述第一时刻的试验面全场温度数据、所述第一时刻的试验面导入结构热流数据及预存的试验面绝热信息，确定第二时刻的试验面全场温度数据；其中，所述第一时刻与所述第二时刻为连续的两个数据采样时刻。
本具体实施方式中的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试系统，与前文中的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法对象对应，具体可参考前文对新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法的描述，此处不再对技术细节展开说明。
进一步地，所述对照面温度传感器10为在所述对照面开孔安装的传感器。使用开孔传感器可大大提升对所述对照面的实际温度的测量精准度，可进一步提高最终计算得到所述第二时刻的试验面全场温度数据的准确性，提高计算结果对试验调试的指导性。
作为一种优选实施方式，还包括试验面温度传感器30；
所述试验面温度传感器30用于获得试验面实测温度数据；
所述测温处理器20还用于根据所述试验面实测温度数据对所述试验面全场温度数据进行修正。
由于试验面可能因开孔导致复合材料性能遭到破坏，因此优选安装内壁温度传感器作为所述试验面温度传感器30。
将计算得到的所述第二时刻的试验面全场温度数据与所述试验面温度传感器30实际测到的试验面温度数据（如果为内壁温度传感器则只对比内壁区域温度）进行对比，如果两者相差超出预设的阈值，则认定此时系统出现问题，将此时测得的试验面全场温度数据列为待定数据，而不直接采用，而是根据之后对系统完成检修后，根据检修结果决定是否采用。
本发明所提供的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试系统，包括测温处理器20与对照面温度传感器10，待测飞行器横向构型具有对称性，对照面与试验面为所述待测飞行器上的两个对称面；所述对照面温度传感器10用于获得对照面实测温度数据；所述测温处理器20用于获取第一时刻的对照面实测温度数据，及所述第一时刻的试验面全场温度数据；所述对照面及所述试验面为横向构型具有对称性的飞行器上的两个对称面；根据所述第一时刻的对照面实测温度数据，确定所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据；根据所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的对照面气动加热热流数据；根据所述第一时刻的对照面气动加热热流数据及所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面气动加热热流数据；根据所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据；根据所述第一时刻的试验面气动加热热流数据，与所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的试验面导入结构热流数据；根据所述第一时刻的试验面全场温度数据、所述第一时刻的试验面导入结构热流数据及预存的试验面绝热信息，确定第二时刻的试验面全场温度数据；其中，所述第一时刻与所述第二时刻为连续的两个数据采样时刻。本发明采用试验面与对照面测温数据相结合的方法进行有限的数据分析，获取试验面复合材料表面和结构内部沿飞行轨道的时变温度数据，与单通过复合材料结构内壁温度传感器直接获取时变温度的方案相比，本发明的数据能够反映试验面复合材料的整体热响应，特别是能够反映靠近气动加热面的复合材料防热效能；与基于内壁面测量点温度数据的导热反问题分析方法相比，本发明根据对照面外壁面的气动加热热流数据，通过热壁修正公式得到试验面的气动加热热流数据，进而获得的导入试验面的复合材料结构内部的温度剖面，具有较高的处理精度，且受测量点温度偏差的干扰较小，结果可信度高。
本发明还提供了一种数据访问设备，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上述任一种所述的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法的步骤。本发明所提供的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法，通过获取第一时刻的对照面实测温度数据，及所述第一时刻的试验面全场温度数据；所述对照面及所述试验面为横向构型具有对称性的飞行器上的两个对称面；根据所述第一时刻的对照面实测温度数据，确定所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据；根据所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的对照面气动加热热流数据；根据所述第一时刻的对照面气动加热热流数据及所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面气动加热热流数据；根据所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据；根据所述第一时刻的试验面气动加热热流数据，与所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的试验面导入结构热流数据；根据所述第一时刻的试验面全场温度数据、所述第一时刻的试验面导入结构热流数据及预存的试验面绝热信息，确定第二时刻的试验面全场温度数据；其中，所述第一时刻与所述第二时刻为连续的两个数据采样时刻。本发明采用试验面与对照面测温数据相结合的方法进行有限的数据分析，获取试验面复合材料表面和结构内部沿飞行轨道的时变温度数据，与单通过复合材料结构内壁温度传感器直接获取时变温度的方案相比，本发明的数据能够反映试验面复合材料的整体热响应，特别是能够反映靠近气动加热面的复合材料防热效能；与基于内壁面测量点温度数据的导热反问题分析方法相比，本发明根据对照面外壁面的气动加热热流数据，通过热壁修正公式得到试验面的气动加热热流数据，进而获得的导入试验面的复合材料结构内部的温度剖面，具有较高的处理精度，且受测量点温度偏差的干扰较小，结果可信度高。
本发明还提供了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上述任一种所述的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法的步骤。本发明所提供的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法，通过获取第一时刻的对照面实测温度数据，及所述第一时刻的试验面全场温度数据；所述对照面及所述试验面为横向构型具有对称性的飞行器上的两个对称面；根据所述第一时刻的对照面实测温度数据，确定所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据；根据所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的对照面气动加热热流数据；根据所述第一时刻的对照面气动加热热流数据及所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面气动加热热流数据；根据所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据；根据所述第一时刻的试验面气动加热热流数据，与所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的试验面导入结构热流数据；根据所述第一时刻的试验面全场温度数据、所述第一时刻的试验面导入结构热流数据及预存的试验面绝热信息，确定第二时刻的试验面全场温度数据；其中，所述第一时刻与所述第二时刻为连续的两个数据采样时刻。本发明采用试验面与对照面测温数据相结合的方法进行有限的数据分析，获取试验面复合材料表面和结构内部沿飞行轨道的时变温度数据，与单通过复合材料结构内壁温度传感器直接获取时变温度的方案相比，本发明的数据能够反映试验面复合材料的整体热响应，特别是能够反映靠近气动加热面的复合材料防热效能；与基于内壁面测量点温度数据的导热反问题分析方法相比，本发明根据对照面外壁面的气动加热热流数据，通过热壁修正公式得到试验面的气动加热热流数据，进而获得的导入试验面的复合材料结构内部的温度剖面，具有较高的处理精度，且受测量点温度偏差的干扰较小，结果可信度高。
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。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
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发明的范围。
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。
以上对本发明所提供的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法、装置、设备、计算机可读存储介质及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明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发明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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法，其特征在于，包括：
获取第一时刻的对照面实测温度数据，及所述第一时刻的试验面全场温度数据；所述对照面及所述试验面为横向构型具有对称性的飞行器上的两个对称面；
根据所述第一时刻的对照面实测温度数据，确定所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据；
根据所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的对照面气动加热热流数据；
根据所述第一时刻的对照面气动加热热流数据及所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面气动加热热流数据；
根据所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据；
根据所述第一时刻的试验面气动加热热流数据，与所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的试验面导入结构热流数据；
根据所述第一时刻的试验面全场温度数据、所述第一时刻的试验面导入结构热流数据及预存的试验面绝热信息，确定第二时刻的试验面全场温度数据；其中，所述第一时刻与所述第二时刻为连续的两个数据采样时刻。
2.如权利要求1所述的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法，其特征在于，所述第一时刻的试验面气动加热热流数据通过下式获得：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 518780DEST_PATH_IMAGE002
为通用气体常数，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为空气平均分子质量，
Figure 294975DEST_PATH_IMAGE004
为比热比，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为边界层外缘密度，
Figure 601278DEST_PATH_IMAGE006
为边界层外缘速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为对流换热无量纲数，
Figure 871853DEST_PATH_IMAGE008
为所述第一时刻的试验面气动加热热流数据，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为所述第一时刻的对照面气动加热热流数据，
Figure 591285DEST_PATH_IMAGE010
为所述第一时刻的试验面外表面温度数据，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为所述第一时刻的对照面实测温度数据；
所述第一时刻的试验面全场温度数据包括所述第一时刻的试验面外表面温度数据。
3.如权利要求1所述的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法，其特征在于，所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据的获得方法包括：
根据所述第一时刻的对照面实测温度数据，通过Stefan-Boltzmann定律，得到所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据。
4.如权利要求1所述的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试方法，其特征在于，在得到所述第二时刻的试验面全场温度数据之后，还包括：
将所述第二时刻的试验面全场温度数据进行可视化，得到所述第二时刻的试验面热响应可视数据。
5.一种新型材料在飞行试验中的时变热响应测试装置，其特征在于，包括：
全场温度获取模块，用于获取第一时刻的对照面实测温度数据，及所述第一时刻的试验面全场温度数据；所述对照面及所述试验面为横向构型具有对称性的飞行器上的两个对称面；
对照面热辐射模块，用于根据所述第一时刻的对照面实测温度数据，确定所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据；
对照面热流模块，用于根据所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的对照面气动加热热流数据；
试验面热流模块，用于根据所述第一时刻的对照面气动加热热流数据及所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面气动加热热流数据；
试验面热辐射模块，用于根据所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据；
试验面导入热流模块，用于根据所述第一时刻的试验面气动加热热流数据，与所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的试验面导入结构热流数据；
试验面全场定温模块，用于根据所述第一时刻的试验面全场温度数据、所述第一时刻的试验面导入结构热流数据及预存的试验面绝热信息，确定第二时刻的试验面全场温度数据；其中，所述第一时刻与所述第二时刻为连续的两个数据采样时刻。
6.一种新型材料在飞行试验中的时变热响应测试系统，其特征在于，包括测温处理器与对照面温度传感器，待测飞行器横向构型具有对称性，对照面与试验面为所述待测飞行器上的两个对称面；
所述对照面温度传感器用于获得对照面实测温度数据；
所述测温处理器用于获取第一时刻的对照面实测温度数据，及所述第一时刻的试验面全场温度数据；所述对照面及所述试验面为横向构型具有对称性的飞行器上的两个对称面；根据所述第一时刻的对照面实测温度数据，确定所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据；根据所述第一时刻的对照面导入结构热流数据与所述第一时刻的对照面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的对照面气动加热热流数据；根据所述第一时刻的对照面气动加热热流数据及所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面气动加热热流数据；根据所述第一时刻的试验面全场温度数据，确定所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据；根据所述第一时刻的试验面气动加热热流数据，与所述第一时刻的试验面辐射散热热流数据，确定所述第一时刻的试验面导入结构热流数据；根据所述第一时刻的试验面全场温度数据、所述第一时刻的试验面导入结构热流数据及预存的试验面绝热信息，确定第二时刻的试验面全场温度数据；其中，所述第一时刻与所述第二时刻为连续的两个数据采样时刻。
7.如权利要求6所述的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试系统，其特征在于，所述对照面温度传感器为在所述对照面开孔安装的传感器。
8.如权利要求7所述的新型材料在飞行试验中的时变热响应测试系统，其特征在于，还包括试验面温度传感器；
所述试验面温度传感器用于获得试验面实测温度数据；
所述测温处理器还用于根据所述试验面实测温度数据对所述试验面全场温度数据进行修正。
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