(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110246952.1 (22)申请日 2021.03.05 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113065275 A (43)申请公布日 2021.07.02 (73)专利权人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 陈伟芳　沈煊　赵文文　江中正　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 林松海 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06F 30/28(2020.01)G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (56)对比文件 CN 1078080 65 A,2018.0 3.16 CN 110083895 A,2019.08.02 CN 106872195 A,2017.0 6.20 CN 107273 593 A,2017.10.20 US 201720 6291 A1,2017.07.20 US 201826 6395 A1,2018.09.20 刘方彬等.火星大气非平衡条件下驻 点热流 计算公式的探讨. 《载人航天》 .2018,(第0 5期), 审查员 齐蓓蓓 (54)发明名称 一种飞行器飞行过程中驻点热流的在线预 示方法 (57)摘要 本发明公开了一种飞行器飞行过程中驻点 热流的在线预示方法。 步骤1） 实际飞行之前， 利 用结构内部各个测点的温度数据， 通过顺序函数 法进行一维热流辨识并结合真实测量热流对神 经网络三维修正模型进行训练； 步骤2） 将Fay ‑ Riddell驻点热流工程估算公式进行简化， 将真 实测量热流和给定弹道的来流条件作为输入序 列， 通过最小二乘法修正简化公式中的各项系 数， 得到初步的驻点热流预示公式； 步骤3） 实际 飞行时， 将实时更新的驻点辨识热流作为新的热 流数据， 通过最小二乘法实时拟合， 得出实时更 新的预示公式用以预示未来10  s内的驻点热流 值。 本发明预示出的热流误差在15%以内， 并包含 了工程估算的快速性， 因此可以实现飞行过程中 实时、 准确的热流预示。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 113065275 B 2022.05.24 CN 113065275 B 1.一种飞行器飞行 过程中驻 点热流的在线预示方法， 其特 征在于， 具体步骤如下： 步骤1)实 际飞行之前， 利用结构内部各个测点的温度数据， 通过顺序函数法进行一维 热流辨识并结合真实测量热流对神经网络三维修 正模型进行训练； 步骤2)将Fay ‑Riddell驻点热流工程估算公式进行简化， 将真实测量热流和给定弹道 的来流条件作为输入序列， 通过最小二乘法修正简化公式中的各项系 数， 得到初步的驻点 热流预示公式； 步骤3)实 际飞行时， 将测点温度作为输入代入所述的驻点热流预示公式中， 即可快速 获得驻点辨识热流， 将实时更新的驻点辨识热流作为新的热流数据， 通过最小二乘法实时 拟合， 得出实时更新的预示公式用以预示未来10s内的驻 点热流值； 所述的步骤2)中将Fay ‑Riddell驻点热流工程估算公式进行简化， 其简化后的形式为： 其中A、 B、 C、 D为待拟合系数， ρ∞为来流密度， V∞为来流速度， T∞为来流温度， TW为壁面温 度， RN为球头曲率半径； 将两边取对数： lnqs＝‑0.5·lnRN+lnA+B·lnρ∞+C·lnV∞+D·ln(TW‑T∞)   (4) 将式(4)作为待拟合 函数进行最小二乘拟合， 随时间推进实时更新各项系数。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 113065275 B 2一种飞行器飞行过 程中驻点热流的在线预示方 法 技术领域 [0001]本发明涉及 一种飞行器飞行过程中驻点热流的在线预示方法， 适用于飞行器实际 飞行期间对驻 点热流的预示。 背景技术 [0002]高超声速飞行面临严重 的气动加热问题。 由于空气受到强烈的摩擦和压缩作用， 大量动能转化为热能， 致使飞行器周围空气温度急剧升高， 高温影响飞行器的结构强度和 刚度， 甚至引起外表面的烧蚀破坏。 热防护系统设计是高超声速飞行技术快速发展的重要 支撑， 其研究设计需要 大量的飞行试验的测试数据。 对飞行器服役过程中的温度、 热流等关 键参数的测量是评价热防护材料使用性能、 验证气动热模型和算法、 指导热防护设计的必 要手段。 但对于驻点等热流密度大 的区域， 通常不能直接安置温度传感器或热流传感器进 行测量， 一方面是 由于结构开孔导致结构强度下降以及缝隙加热， 引起烧蚀不同步等结构 匹配问题； 另一方面， 有 些传感器本体材料不能承受过高热载荷， 而且传感器的嵌入带来壁 温的不连续以及周向的干扰， 导致热流测量结果并非真实的气动热。 因此， 通过测量 飞行器 结构内壁温度来反演 外表面热流和温度的气动热辨识方法， 成为了获取气动热环境的重要 解决方案 。 [0003]气动热辨识属于一类热传 导反问题， 基本原理是通过测量导热材料内壁的温度测 点的温度历程， 反演出外壁受热面的热流时间历程。 目前， 国内外对 热传导反问题进 行了大 量的研究， 通常做法是选取合适的目标函数， 将辨识问题转化为优化问题求解。 钱炜祺分别 用顺序函数法和共轭梯度法研究了一 维表面热流辨识方法， 并拓展到二 维和三维规则外形 表面热流辨识。 热传导物理过程具有阻尼性和延迟性， 阻尼性表现为边界热流的变化对边 界附近的温度产生大的影响， 而随着离边界距离的增加， 热流变化的影响将减小； 延迟性则 表现为内部温度对边界热流的反应在时间上具有延迟性。 根据这些特点， 顺序函数法对热 流的辨识是按时间顺序逐渐推进进 行， 即引入时间步长因子r， 对某时刻热流的辨识依靠的 是该时刻之后r个时间步的温度测量值。 共轭梯度法是迭代 正则化方法， 其将优化问题分解 为热传导 正问题、 灵敏度求 解和伴随变量 求解这三个适定问题来进行求 解。 [0004]此外， 薛齐文应用Tikhonov方法研究了一维热传导反问题中， 内热源强度、 导温系 数及边界条件的多宗量辨识， 将Bregman距离加权函数作为正则项应用到非线性热传导反 问题的求解， 基于一种时域精细算法和空间离散技术， 考虑热源项的非线性， 建立瞬态热传 导正/反问题的数学模 型， 对一维的多个热学参数进 行了组合识别。 Cui  Miao采用无量纲化 目标方程， 对热流模 型进行参数辨识， 但局限于已知的热流函数形式。 钱炜祺考虑到高超声 速的材料烧蚀后退， 利用简化后的热解面烧蚀模型， 对一 维烧蚀表面热流辨识进 行了研究， 并将其用于钝头型碳酚醛材料Narmco4028试件在陶瓷加热风洞中的试验 结果分析， 证明了 烧蚀模型的合理性和方法的有效性。 张聪利用简化的一 维和二维传热模型进 行了高超声速 燃烧室壁 面热流的辨识， 在轴对称模型 下取得了较好的效果。 [0005]神经网络算法由于其强大的非线性拟合能力， 在各个领域得到广泛的应用。说　明　书 1/5 页 3 CN 113065275 B 3