CN115620847B - 一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法及相关装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法及相关装置，应用于硅基材料烧蚀计算技术领域，包括获取硅基复合材料中成分的质量分数，以及热环境参数；根据质量分数、热环境参数、以及通用反应方程确定实际反应方程；当实际反应方程表征在烧蚀过程中硅基复合材料表面存在液态层时，根据包括表征液态层参与反应的实际反应方程建立质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程；根据质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程建立封闭方程组；根据封闭方程组确定硅基复合材料的烧蚀外形，可以准确对硅基复合材料的烧蚀形貌进行确定。

Description

一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法及相关装置

技术领域

本发明涉及硅基材料烧蚀计算技术领域，特别是涉及一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法、一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定装置、一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定设备以及一种计算机可读存储介质。

背景技术

当前，飞行器头部防热材料常使用硅基材料及其氮化物材料。硅基材料在高温下会形成液态SiO₂，在材料表面形成液态层。通过对液态层的假设和简化可以获得一系列求解烧蚀速率和烧蚀外形的方法。对于氮化物的烧蚀，认为是由二氧化硅的熔融、蒸发、分解与流失，氮化硅的热氧化，二氧化硅与氮化硅的热化学反应三个物理过程构成，也形成了一套计算方法。

目前国内未见公开报道的针对硅基材料及其氮化物材料通用的烧蚀模型，但是在飞行器头部通常使用的防热材料常为硅基及其氮化物材料，所以如何提供一种硅基复合材料通用烧蚀模型是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法，可以对硅基复合材料的烧蚀形貌进行确定；本发明的另一目的在于提供一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定装置、一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定设备以及一种计算机可读存储介质，可以对硅基复合材料的烧蚀形貌进行确定。

为解决上述技术问题，本发明提供一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法，包括：

获取硅基复合材料中成分的质量分数，以及热环境参数；

根据所述质量分数、所述热环境参数、以及通用反应方程确定实际反应方程；

当所述实际反应方程表征在烧蚀过程中所述硅基复合材料表面存在液态层时，根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程建立质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程；

根据所述质量守恒方程、所述能量守恒方程以及所述动量守恒方程建立封闭方程组；

根据所述封闭方程组确定所述硅基复合材料的烧蚀外形。

可选的，在所述根据所述质量分数、所述热环境参数、以及通用反应方程确定实际反应方程之后，还包括：

当所述实际反应方程表征在烧蚀过程中所述硅基复合材料表面不存在液态层时，根据所述质量分数、所述热环境参数、以及气固界面烧蚀模型确定所述硅基复合材料的烧蚀外形。

可选的，所述获取硅基复合材料中成分的质量分数，以及热环境参数包括：

获取SiO₂/Si₃N₄复合材料中Si元素的质量分数、N元素的质量分数、以及热环境参数。

可选的，根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程建立质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程包括：

根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程，基于液态层表面辐射系数建立能量守恒方程。

可选的，根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程，基于液态层表面辐射系数建立能量守恒方程包括：

根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程，基于液态层厚度以及液态层粘性率指数确定所述液态层表面辐射系数，建立能量守恒方程。

可选的，根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程建立质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程包括：

根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程，建立积分型液态层动量守恒方程。

可选的，根据所述封闭方程组确定所述硅基复合材料的烧蚀外形包括：

根据所述封闭方程组确定烧蚀速度值；

根据所述烧蚀速度值，基于球坐标系描述所述硅基复合材料烧蚀时外形变化的过程，得到所述硅基复合材料的烧蚀外形。

本发明还提供了一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定装置，包括：

获取模块，用于获取硅基复合材料中成分的质量分数，以及热环境参数；

方程确定模块，用于根据所述质量分数、所述热环境参数、以及通用反应方程确定实际反应方程；

守恒方程模块，用于当所述实际反应方程表征在烧蚀过程中所述硅基复合材料表面存在液态层时，根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程建立质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程；

方程组模块，用于根据所述质量守恒方程、所述能量守恒方程以及所述动量守恒方程建立封闭方程组；

烧蚀外形模块，用于根据所述封闭方程组确定所述硅基复合材料的烧蚀外形。

本发明还提供了一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定设备，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以实现如上述任一项所述硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法的步骤。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现如上述任一项所述硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法的步骤。

本发明所提供的一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法，包括：获取硅基复合材料中成分的质量分数，以及热环境参数；根据质量分数、热环境参数、以及通用反应方程确定实际反应方程；当实际反应方程表征在烧蚀过程中硅基复合材料表面存在液态层时，根据包括表征液态层参与反应的实际反应方程建立质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程；根据质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程建立封闭方程组；根据封闭方程组确定硅基复合材料的烧蚀外形。

先根据硅基复合材料中的成分确定实际反应方程，包括液态层所对应的反应方程，之后基于硅基材料烧蚀的液态层理论，联立液态层反应过程的质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程进行烧蚀外形，可以准确对硅基复合材料的烧蚀形貌进行确定。

本发明还提供了一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定装置、一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定设备以及一种计算机可读存储介质，同样具有上述有益效果，在此不再进行赘述。

附图说明

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为本发明实施例所提供的一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法的流程图；

图2为本发明实施例所提供的一种具体的硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法的流程图；

图3为硅基材料表面液态层流动示意图；

图4为氮化物材料烧蚀反应相图；

图5为不同积分边界计算结果和实验结果对比图；

图6为烧蚀量计算结果与试验结果对比图；

图7为烧蚀外形计算结果示意图；

图8为本发明实施例所提供的一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定装置的结构框图；

图9为本发明实施例所提供的一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定设备结构框图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法。在现有技术中，未见公开报道的针对硅基复合材料的烧蚀模型。

而本发明所提供的一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法，包括：获取硅基复合材料中成分的质量分数，以及热环境参数；根据质量分数、热环境参数、以及通用反应方程确定实际反应方程；当实际反应方程表征在烧蚀过程中硅基复合材料表面存在液态层时，根据包括表征液态层参与反应的实际反应方程建立质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程；根据质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程建立封闭方程组；根据封闭方程组确定硅基复合材料的烧蚀外形。

先根据硅基复合材料中的成分确定实际反应方程，包括液态层所对应的反应方程，之后基于硅基材料烧蚀的液态层理论，联立液态层反应过程的质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程进行烧蚀外形，可以准确对硅基复合材料的烧蚀形貌极性确定。

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。

请参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法的流程图。

参见图1，在本发明实施例中，硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法包括：

S101：获取硅基复合材料中成分的质量分数，以及热环境参数。

在本步骤中，首先需要获取待烧蚀的硅基复合材料中成分的质量分数，以及烧蚀过程中的热环境参数。上述质量分数可以表征硅基复合材料具体的组分以及结构，而热环境参数可以表征硅基复合材料烧蚀过程中所处的环境，包括环境温度、温度变化、环境压强等等。有关热环境参数的具体内容可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

S102：根据质量分数、热环境参数、以及通用反应方程确定实际反应方程。

在本步骤中，会根据质量分数、热环境参数、以及通用反应方程确定实际反应方程。硅基复合材料的组分不同，会产生不同的反应；同时在不同的环境下，例如在不同的压强下，也会产生不同的化学反应。

具体的，给定硅基复合材料中主要成分的质量分数，可以分析在固液界面、液态层及气液界面可能发生的物理、化学反应。对于石英纤维增强二氧化硅材料，纤维和基体都是SiO₂，烧蚀计算时可以认为是同一种材料，属于融化-蒸发型烧蚀，表面存在液态层，烧蚀的主控因素是液态层的流动及表面蒸发；对于SiO₂/Si₃N₄复合材料，熔化、分解、氧化同时发生，液态层中有原材料中的固态石英熔化产生的SiO₂（l）和Si₃N₄分解产生的液态Si（l）及其进一步氧化生成的液态SiO₂（l），在表面则会同时出现SiO₂（l）蒸发分解和Si₃N₄分解及氧化反应。

根据Si₃N₄反应相图，基于原子守恒和表面烧蚀化学计量关系，可以建立有如下通用反应方程：

上式中第一个反应为SiO₂（l）的蒸发分解反应，假设Si氧化为SiO的分数为

，氧化为SiO₂的分数为/>

，z和y为空气中氮（N）/氧（O）及杂质或热解气体（G）/氧（O）的摩尔比数。如果Si₃N₄的质量分数f _Si3N4=0，则可认为λ=0，γ=0，只考虑SiO₂（l）的蒸发分解反应。

具体的，烧蚀过程中硅基复合材料表面存在液态层的基本条件包括：（1）Si₃N₄完全消耗，而SiO₂（l）还有剩余，即材料的原始成分比满足Si₃N₄的摩尔数小于SiO₂摩尔数的3倍；（2）λ< 1。因此在本步骤中，根据上述通用反应方程可以确定实际反应方程，包括是否存在液态层，以及存在液态层时其具体会发生的反应方程。

S103：当实际反应方程表征在烧蚀过程中硅基复合材料表面存在液态层时，根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程建立质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程。

有关上述质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程的具体内容将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。当实际反应方程表征在烧蚀过程中硅基复合材料表面存在液态层时，会依据上述实际反应方程，结合化学动力学理论，选取相应状态的平衡反应方程，建立上述各个方程。

S104：根据质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程建立封闭方程组。

S105：根据封闭方程组确定硅基复合材料的烧蚀外形。

在本发明实施例中，通常会建立封闭的联系各未知量的超越方程组，对该方程组进行求解，直至最后得到最终的烧蚀外形。其具体内容将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

S106：当实际反应方程表征在烧蚀过程中硅基复合材料表面不存在液态层时，根据质量分数、热环境参数、以及气固界面烧蚀模型确定硅基复合材料的烧蚀外形。

在本步骤中，当上述实际反应方程表征在烧蚀过程中硅基复合材料表面不存在液态层时，即根据上述质量分数以及热环境参数确定整个反应过程不符合上述存在液态层的反应条件时，具体会调用气固界面烧蚀模型，即不存在液态层，只存在由气体以及固体构成的气固界面烧蚀模型，确定硅基复合材料的烧蚀外形。有关气固界面烧蚀模型的具体内容可以参考现有技术，在此不再进行赘述。即当判断出硅基复合材料在烧蚀过程中不存在液态层时，会使用现有的气固界面烧蚀模型确定最终的烧蚀外形。

本发明实施例所提供的一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法，包括：获取硅基复合材料中成分的质量分数，以及热环境参数；根据质量分数、热环境参数、以及通用反应方程确定实际反应方程；当实际反应方程表征在烧蚀过程中硅基复合材料表面存在液态层时，根据包括表征液态层参与反应的实际反应方程建立质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程；根据质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程建立封闭方程组；根据封闭方程组确定硅基复合材料的烧蚀外形。

先根据硅基复合材料中的成分确定实际反应方程，包括液态层所对应的反应方程，之后基于硅基材料烧蚀的液态层理论，联立液态层反应过程的质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程进行烧蚀外形，可以准确对硅基复合材料的烧蚀形貌进行确定。

有关本发明所提供的一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法的具体内容将在下述发明实施例中做详细介绍。

请参考图2至图7，图2为本发明实施例所提供的一种具体的硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法的流程图；图3为硅基材料表面液态层流动示意图；图4为氮化物材料烧蚀反应相图；图5为不同积分边界计算结果和实验结果对比图；图6为烧蚀量计算结果与试验结果对比图；图7为烧蚀外形计算结果示意图。

参见图2，在本发明实施例中，硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法包括：

S201：获取SiO₂/Si₃N₄复合材料中Si元素的质量分数、N元素的质量分数、以及热环境参数。

在本步骤中，当硅基复合材料为SiO₂/Si₃N₄复合材料时，具体会获取该复合材料中Si元素的质量分数、N元素的质量分数、以及热环境参数。当然，若硅基复合材料为石英纤维增强二氧化硅材料时，具体也需要获取其Si元素的质量分数，以便后续步骤的执行。

S202：根据质量分数、热环境参数、以及通用反应方程确定实际反应方程。

本步骤与上述发明实施例中S102基本一致，详细内容请参考上述发明实施例，在此不再进行赘述。需要说明的是，后续步骤均为在确定烧蚀过程中硅基复合材料表面存在液态层后，所具体建立的模型内容。

对于给定硅基复合材料中主要成分的质量分数，在本步骤中会具体分析在固液界面、液态层及气液界面可能发生的物理、化学反应，即实际反应方程，如图3所示。在本步骤中，根据氮化物反应发生情况和原子守恒，基于表面烧蚀化学计量方程，可以分析表面是否存在液态层，如图4所示。

S203：根据包括表征液态层参与反应的实际反应方程建立质量守恒方程。

具体的，在本步骤中会根据反应方程和化学动力学理论，建立质量守恒方程，确定各组元的质量流率、质量浓度、各个组元的反应分数

、/>

和/>

，总的烧蚀质量流率/>

，引射到边界层内的质量流率/>

，流失的质量流率/>

等参数。

S204：根据包括表征液态层参与反应的实际反应方程，基于液态层表面辐射系数建立能量守恒方程。

研究发现，液态层表面辐射系数对最终烧蚀量计算结果有很大影响。因此，在本步骤中会基于液态层表面辐射系数建立能量守恒方程：

上述公式中，上式对应有液态层情况，下式对应无液态层情况，或者说液态层耗尽的情况。其中ψ为热阻塞因子，辐射热流为

。

具体的，本步骤可以包括：根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程，基于液态层厚度以及液态层粘性率指数确定所述液态层表面辐射系数，建立能量守恒方程。

对于半透明液态层而言，辐射是体积效应而非表面效应，对外辐射散热受半透明液层厚度和壁温的影响很大，其值在再入过程中可以从0.7降到0.15，因此本发明实施例具体可以采用下式计算液态层有效辐射系数：

其中

为液态层厚度，n为液态层粘性率指数。

S205：根据包括表征液态层参与反应的实际反应方程，建立积分型液态层动量守恒方程。

在本步骤中，具体会依据边界层积分方法，建立积分型液态层动量守恒方程：

，对s>0；

，对s=0。

上式中，ρ_T是固体材料密度，ρ_L是液体层密度，V_-∞是烧蚀速率，τ_w是剪切应力。其中液态层粘性系数为：

；

液体层厚度为：

若采用y=-∞作为边界条件，上述积分型液态层动量守恒方程中等号右侧第二项需将e^-1改为e^-∞，则该项为零。可以看出，影响烧蚀速率V_-∞的主要因素有表面蒸发和氧化反应特性、剪切应力特性、表面压力梯度和烧蚀质量引射等。

当然，上述质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程的建立过程之间并没有明确的先后顺序，可以先执行任一步骤或并行执行均可，视具体情况而定。

S206：根据质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程建立封闭方程组。

在本步骤中，需要根据上述S203至S205的结果建立封闭的联系各未知量的超越方程组。有关超越方程组的具体内容可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

S207：根据封闭方程组确定烧蚀速度值。

在本步骤中，需要根据上述获取的各个参数，以及初步计算的各个参数中，给定封闭方程组中参数的初始值，采用迭代法求解，可得到烧蚀速度V_-∞以及T_w，β，γ等物理量。具体计算结果对比如图5以及图6所示。

S208：根据烧蚀速度值，基于球坐标系描述硅基复合材料烧蚀时外形变化的过程，得到硅基复合材料的烧蚀外形。

在本步骤中，具体可以采用球坐标系描述硅基材料烧蚀外形变化过程，通过拟线化处理、其中空间导数用中心差分、前边界点用后差、后边界点用前差，获得烧蚀外形，其结果如图7所示，其中原始外形为烧蚀前外形，烧蚀外形为烧蚀后外形。

本发明实施例所提供的一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法，可以针对具有不同组分的硅基复合材料及其氮化物复合材料进行通用的烧蚀计算，准确获取烧蚀外形。

下面对本发明实施例所提供的一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定装置进行介绍，下文描述的硅基复合材料烧蚀形貌的确定装置与上文描述的硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法可相互对应参照。

请参考图8，图8为本发明实施例所提供的一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定装置的结构框图。

参见图8，在本发明实施例中，硅基复合材料烧蚀形貌的确定装置可以包括：

获取模块100，用于获取硅基复合材料中成分的质量分数，以及热环境参数。

方程确定模块200，用于根据所述质量分数、所述热环境参数、以及通用反应方程确定实际反应方程。

守恒方程模块300，用于当所述实际反应方程表征在烧蚀过程中所述硅基复合材料表面存在液态层时，根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程建立质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程。

方程组模块400，用于根据所述质量守恒方程、所述能量守恒方程以及所述动量守恒方程建立封闭方程组。

烧蚀外形模块500，用于根据所述封闭方程组确定所述硅基复合材料的烧蚀外形。

作为优选的，在本发明实施例中，还包括：

非液态层烧蚀模块，用于当所述实际反应方程表征在烧蚀过程中所述硅基复合材料表面不存在液态层时，根据所述质量分数、所述热环境参数、以及气固界面烧蚀模型确定所述硅基复合材料的烧蚀外形。

作为优选的，在本发明实施例中，获取模块100用于：

获取SiO₂/Si₃N₄复合材料中Si元素的质量分数、N元素的质量分数、以及热环境参数。

作为优选的，在本发明实施例中，守恒方程模块300用于：

根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程，基于液态层表面辐射系数建立能量守恒方程。

作为优选的，在本发明实施例中，守恒方程模块300用于：

根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程，基于液态层厚度以及液态层粘性率指数确定所述液态层表面辐射系数，建立能量守恒方程。

作为优选的，在本发明实施例中，守恒方程模块300用于：

根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程，建立积分型液态层动量守恒方程。

作为优选的，在本发明实施例中，烧蚀外形模块500包括：

烧蚀速度单元，用于根据所述封闭方程组确定烧蚀速度值。

烧蚀外形单元，用于根据所述烧蚀速度值，基于球坐标系描述所述硅基复合材料烧蚀时外形变化的过程，得到所述硅基复合材料的烧蚀外形。

本实施例的硅基复合材料烧蚀形貌的确定装置用于实现前述的硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法，因此硅基复合材料烧蚀形貌的确定装置中的具体实施方式可见前文中硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法的实施例部分，例如，获取模块100，方程确定模块200，守恒方程模块300，方程组模块400，烧蚀外形模块500分别用于实现上述硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法中步骤S101至S105，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。

下面对本发明实施例提供的一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定设备进行介绍，下文描述的硅基复合材料烧蚀形貌的确定设备与上文描述的硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法以及硅基复合材料烧蚀形貌的确定装置可相互对应参照。

请参考图9，图9为本发明实施例所提供的一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定设备结构框图。

参照图9，该硅基复合材料烧蚀形貌的确定设备可以包括处理器11和存储器12。

所述存储器12用于存储计算机程序；所述处理器11用于执行所述计算机程序时实现上述发明实施例中所述的硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法。

本实施例的硅基复合材料烧蚀形貌的确定设备中处理器11用于安装上述发明实施例中所述的硅基复合材料烧蚀形貌的确定装置，同时处理器11与存储器12相结合可以实现上述任一发明实施例中所述的硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法。因此硅基复合材料烧蚀形貌的确定设备中的具体实施方式可见前文中的硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法的实施例部分，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发明实施例中所介绍的一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法。其余内容可以参照现有技术，在此不再进行展开描述。

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。

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。

最后，还需要说明的是，在本文中，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。

以上对本发明所提供的一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法、一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定装置、一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定设备以及一种计算机可读存储介质进行了详细介绍。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)

1.一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法，其特征在于，包括：

获取作为飞行器头部防热材料的硅基复合材料中成分的质量分数，以及热环境参数；

根据所述质量分数、所述热环境参数、以及通用反应方程确定实际反应方程；

当所述实际反应方程表征在烧蚀过程中所述硅基复合材料表面存在液态层时，根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程建立质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程；

根据所述质量守恒方程、所述能量守恒方程以及所述动量守恒方程建立封闭方程组；

根据所述封闭方程组确定所述硅基复合材料的烧蚀外形；

根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程建立质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程包括：

根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程，基于液态层厚度以及液态层粘性率指数确定所述液态层表面辐射系数，建立能量守恒方程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述质量分数、所述热环境参数、以及通用反应方程确定实际反应方程之后，还包括：

当所述实际反应方程表征在烧蚀过程中所述硅基复合材料表面不存在液态层时，根据所述质量分数、所述热环境参数、以及气固界面烧蚀模型确定所述硅基复合材料的烧蚀外形。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取硅基复合材料中成分的质量分数，以及热环境参数包括：

获取SiO2/Si3N4复合材料中Si元素的质量分数、N元素的质量分数、以及热环境参数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程建立质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程包括：

根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程，建立积分型液态层动量守恒方程。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述封闭方程组确定所述硅基复合材料的烧蚀外形包括：

根据所述封闭方程组确定烧蚀速度值；

根据所述烧蚀速度值，基于球坐标系描述所述硅基复合材料烧蚀时外形变化的过程，得到所述硅基复合材料的烧蚀外形。

6.一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取作为飞行器头部防热材料的硅基复合材料中成分的质量分数，以及热环境参数；

方程确定模块，用于根据所述质量分数、所述热环境参数、以及通用反应方程确定实际反应方程；

守恒方程模块，用于当所述实际反应方程表征在烧蚀过程中所述硅基复合材料表面存在液态层时，根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程建立质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程；

方程组模块，用于根据所述质量守恒方程、所述能量守恒方程以及所述动量守恒方程建立封闭方程组；

烧蚀外形模块，用于根据所述封闭方程组确定所述硅基复合材料的烧蚀外形；

所述守恒方程模块具体用于：

根据包括表征所述液态层参与反应的所述实际反应方程，基于液态层厚度以及液态层粘性率指数确定所述液态层表面辐射系数，建立能量守恒方程。

7.一种硅基复合材料烧蚀形貌的确定设备，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以实现如权利要求1至5任一项权利要求所述硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法的步骤。

8.一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中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现如权利要求1至5任一项权利要求所述硅基复合材料烧蚀形貌的确定方法的步骤。

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