CN109540962A - 一种隔热结构的隔热效能表征方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于飞机结构测试技术领域，特别涉及一种隔热结构的隔热效能表征方法。包括：步骤一：选取多个隔热结构作为试验件；步骤二：对多个试验件分别进行隔热性能测试，得到各个试验件的冷面测温点在热面温度相同的情况下，达到稳态时的温度Tmax以及达到稳态所用的时间tmax；步骤三：计算各个试验件的密度ρ，ρ＝m/v,其中，m为试验件质量，v为试验件体积；步骤四：选取一个试验件作为基准件，该试验件的密度为ρ0，达到稳态时的温度为T0 max以及达到稳态所用的时间为t0 max；步骤五：分别计算各个试验件的隔热效能A。本申请能够优选出隔热效能最优的隔热结构，实现隔热结构轻质高效的设计目的，可提高隔热结构设计效率，易于推广，具有较大的实用价值。
Description
技术领域
本申请属于飞机结构测试技术领域，特别涉及一种隔热结构的隔热效能表征方法。
背景技术
位于高温区的飞机结构部件，如靠近发动机的设备舱等，由于部件外部温度较高，为实现其内部设备的功能，提出相应的隔热需求。传统的飞机隔热结构均采用在结构内部增加隔热材料来实现隔热功能，即将大面积隔热材料直接胶接于壁板内侧，设计时通常仅考虑了隔热结构的隔热性能，往往忽视大面积隔热材料给飞机结构带来的增重。因此急需一种可以综合评价隔热结构隔热性能及减重效果这两个因素的隔热结构效能表征方法，从而设计出轻质高效的隔热结构。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供了一种隔热结构的隔热效能表征方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。
本申请的技术方案是：
一种隔热结构的隔热效能表征方法，包括以下步骤：
步骤一：选取多个隔热结构作为试验件；
步骤二：对多个试验件分别进行隔热性能测试，得到各个试验件的冷面测温点在热面温度相同的情况下，达到稳态时的温度Tmax以及达到稳态所用的时间tmax；
步骤三：计算各个试验件的密度ρ，ρ＝m/v,其中，m为试验件质量，v为试验件体积；
步骤四：选取一个试验件作为基准件，该试验件的密度为ρ0，达到稳态时的温度为T0 max以及达到稳态所用的时间为t0 max；
步骤五：分别计算各个试验件的隔热效能A：
可选地，还包括：
步骤六：选取隔热效能A值最小的试验件作为飞机隔热结构。
可选地，步骤一中选取多个隔热结构作为试验件包括：
S101、选取隔热效率较高的隔热材料；
S102、根据飞机隔热结构设计要求，将选取的隔热材料设计成多个不同构型的隔热结构。
可选地，步骤一中选取多个隔热结构作为试验件还包括：
S103、建立各个不同构型的隔热结构的有限元模型，对各个不同构型的隔热结构进行瞬态热传导有限元分析，对比各个不同构型的隔热结构的隔热性能，选取多个隔热性能较高的隔热结构作为试验件。
可选地，步骤S101中选取隔热效率较高的隔热材料具体为：
根据公式
选取隔热效率较高的隔热材料；
其中，ρ1和k的乘积越小，隔热材料的隔热效率越高；
m1为隔热材料的质量，S为隔热材料的面积，ρ1为隔热材料的密度，k为隔热材料的热导率，△T为隔热材料的温差，q为隔热材料的热流密度。
可选地，步骤S102中根据飞机隔热结构设计要求，将选取的隔热材料设计成多个不同构型的隔热结构具体为：
设定不同的构型参数，所述不同构型的隔热结构之间具有一个或多个不同的构型参数。
可选地，所述构型参数包括：壁板材料、筋条形状、隔热材料厚度、壁板与隔热材料的连接形式。
可选地，所述隔热材料包括气凝胶和高硅氧隔热棉。
可选地，所述筋条形状包括Z型、T型、L型、Ω型。
可选地，所述壁板与隔热材料的连接形式包括胶接、机械连接、混合连接。
发明至少存在以下有益技术效果：
本申请的隔热结构的隔热效能表征方法，是一种综合评价隔热结构的隔热性能及减重效果这两个因素的隔热结构效能，能够选出隔热效能最优的隔热结构，为飞机隔热结构的选型、选参设计阶段提供依据，可提高隔热结构设计效率，易于推广，具有较大的实用价值。
附图说明
图1是本申请的隔热结构的隔热效能表征方法的流程图；
图2是本申请一个实施方式的隔热结构示意图。
其中：
1-隔热材料；2-壁板；3-筋条。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
下面结合附图1至图2对本申请做进一步详细说明。
本申请提供了一种隔热结构的隔热效能表征方法，包括：
步骤一：选取多个隔热结构作为试验件；
步骤二：对多个试验件分别进行隔热性能测试，得到各个试验件的冷面测温点在热面温度相同的情况下，达到稳态时的温度Tmax以及达到稳态所用的时间tmax；
步骤三：计算各个试验件的密度ρ，ρ＝m/v,其中，m为试验件质量，v为试验件体积；
步骤四：选取一个试验件作为基准件，该试验件的密度为ρ0，达到稳态时的温度为T0 max以及达到稳态所用的时间为t0 max；
步骤五：分别计算各个试验件的隔热效能A：
本申请的隔热结构的隔热效能表征方法还包括：
步骤六：选取隔热效能A值最小的试验件作为飞机隔热结构。
在本申请的一个实施方式中，步骤一中选取多个隔热结构作为试验件包括：
S101、选取隔热效率较高的隔热材料；
S102、根据飞机隔热结构设计要求，将选取的隔热材料设计成多个不同构型的隔热结构；
S103、建立各个不同构型的隔热结构的有限元模型，对各个不同构型的隔热结构进行瞬态热传导有限元分析，对比各个不同构型的隔热结构的隔热性能，选取多个隔热性能较高的隔热结构作为试验件。
在步骤S101中选取隔热效率较高的隔热材料时，主要考虑两个方面，一个是限制热流，另一个是减重问题。联立傅里叶定理和密度、质量关系公式，得出单位面积上隔热材料质量与密度及热导率的关系，如下：
根据上式选取隔热效率较高的隔热材料；其中，ρ1和k的乘积越小，隔热材料的隔热效率越高；
m1为隔热材料的质量，S为隔热材料的面积，ρ1为隔热材料的密度，k为隔热材料的热导率，△T为隔热材料的温差，q为隔热材料的热流密度。
本实施例中，隔热材料包括两种，一种是气凝胶AIC-32AF-600，一种是高硅氧隔热棉SF-15，两种材料的隔热效能比较见下表。
经过计算，选择ρ1和k的乘积较小的气凝胶AIC-32AF-600。
步骤S102中根据飞机隔热结构设计要求，将选取的隔热材料设计成多个不同构型的隔热结构具体为：
设定不同的构型参数，不同构型的隔热结构之间具有一个或多个不同的构型参数。
本实施例中隔热结构的设计要求如下：
满足隔热结构高度：低于20mm；
满足隔热效果：隔热时长为3min，隔热温度为424℃→85℃；
满足重量指标：小于4kg。
其中构型参数包括：壁板材料、筋条形状、隔热材料厚度、壁板与隔热材料的连接形式等。
如图2所示，在本申请的一个实施方式中，依据设计要求及结构实际承载情况，考虑壁板2稳定性，隔热材料1选用气凝胶，共设计了两种结构构型方案。
第一种构型以在15mm高的筋条3外部加5mm的气凝胶为主，可以选取不同形状的筋条3，包括Z型、T型、L型、Ω型。第二种是20mm高的筋条3外部加20mm厚的气凝胶。其中壁板2与隔热材料1的连接形式包括胶接、机械连接、混合连接等。
进一步，然后建立各个隔热结构构型的有限元模型，采用ABAQUS进行各个构型的瞬态热传导有限元计算分析，并初步对比各个隔热结构构型的隔热性能。
根据各个隔热结构构型方案，设计制作典型隔热结构试验件进行隔热性能试验，试验件尺寸为400mm×400mm。由于要优选出综合隔热效能最好的构型，分别考核隔热结构在低温(100℃)和高温(424℃)两种情况下的隔热性能，试验过程中实时考核隔热结构内部温度。由于低温时，隔热结构内部温度未达到85℃时可达到稳态，所以考核时间参考飞行时长，定为3小时。高温时，隔热结构内部温度达到85℃即可停止试验。
试验获取各个试验件的参数后，通过公式计算各个试验件的隔热效能A，选取隔热效能A值最小的试验件作为飞机隔热结构。
本申请的隔热结构的隔热效能表征方法，提供了一种有效的隔热效能计算方法，能够综合评价隔热结构的隔热性能及减重效果这两个因素的隔热结构效能，能够选出隔热效能最优的隔热结构，为飞机隔热结构的选型、选参设计阶段提供依据。
本申请依据隔热结构的隔热需求，通过对各隔热结构进行隔热效能表征，优选出隔热效能最优的隔热结构，实现了隔热结构轻质高效的设计目的。可提高隔热结构设计效率，易于推广，具有较大的实用价值。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种隔热结构的隔热效能表征方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：选取多个隔热结构作为试验件；
步骤二：对多个试验件分别进行隔热性能测试，得到各个试验件的冷面测温点在热面温度相同的情况下，达到稳态时的温度Tmax以及达到稳态所用的时间tmax；
步骤三：计算各个试验件的密度ρ，ρ＝m/v,其中，m为试验件质量，v为试验件体积；
步骤四：选取一个试验件作为基准件，该试验件的密度为ρ0，达到稳态时的温度为T0 max以及达到稳态所用的时间为t0 max；
步骤五：分别计算各个试验件的隔热效能A：
2.根据权利要求1所述的隔热结构的隔热效能表征方法，其特征在于，还包括：
步骤六：选取隔热效能A值最小的试验件作为飞机隔热结构。
3.根据权利要求1所述的隔热结构的隔热效能表征方法，其特征在于，步骤一中选取多个隔热结构作为试验件包括：
S101、选取隔热效率较高的隔热材料；
S102、根据飞机隔热结构设计要求，将选取的隔热材料设计成多个不同构型的隔热结构。
4.根据权利要求3所述的隔热结构的隔热效能表征方法，其特征在于，步骤一中选取多个隔热结构作为试验件还包括：
S103、建立各个不同构型的隔热结构的有限元模型，对各个不同构型的隔热结构进行瞬态热传导有限元分析，对比各个不同构型的隔热结构的隔热性能，选取多个隔热性能较高的隔热结构作为试验件。
5.根据权利要求4所述的隔热结构的隔热效能表征方法，其特征在于，步骤S101中选取隔热效率较高的隔热材料具体为：
根据公式
选取隔热效率较高的隔热材料；
其中，ρ1和k的乘积越小，隔热材料的隔热效率越高；
m1为隔热材料的质量，S为隔热材料的面积，ρ1为隔热材料的密度，k为隔热材料的热导率，△T为隔热材料的温差，q为隔热材料的热流密度。
6.根据权利要求5所述的隔热结构的隔热效能表征方法，其特征在于，步骤S102中根据飞机隔热结构设计要求，将选取的隔热材料设计成多个不同构型的隔热结构具体为：
设定不同的构型参数，所述不同构型的隔热结构之间具有一个或多个不同的构型参数。
7.根据权利要求6所述的隔热结构的隔热效能表征方法，其特征在于，所述构型参数包括：壁板材料、筋条形状、隔热材料厚度、壁板与隔热材料的连接形式。
8.根据权利要求7所述的隔热结构的隔热效能表征方法，其特征在于，所述隔热材料包括气凝胶和高硅氧隔热棉。
9.根据权利要求7所述的隔热结构的隔热效能表征方法，其特征在于，所述筋条形状包括Z型、T型、L型、Ω型。
10.根据权利要求7所述的隔热结构的隔热效能表征方法，其特征在于，所述壁板与隔热材料的连接形式包括胶接、机械连接、混合连接。
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| Title |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110704946A (zh) * | 2019-09-22 | 2020-01-17 | 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 | 一种飞机舱温计算方法 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109540962B (zh) | 2021-07-09 |
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