题目：基于平板热试验的导弹舱体内壁温度估算方法研究

随着导弹飞行速度的不断提高，气动加热问题也越来越严重。当导弹速度达4～6个马赫数时，导弹驻点区的温度可能高达几百度甚至上千度，而舱内仪器设备的正常工作温度只有几十度。如若不采取充分有效的隔热措施，气动加热产生的热量将有可能严重影响导弹内部仪器设备的正常工作，造成灾难性的后果。因此，隔热结构的设计是导弹设计中不可缺少的重要工作。导弹隔热结构性能筛选试验，是隔热结构初步设计阶段的研究性试验，分为平板试件试验和圆筒形的舱体试件试验。舱体试件试验比平板试件试验更接近于真实的热环境状况，但是舱体试件试验试验装置复杂，成本高，试验周期长。如果能够通过平板试件的内壁温度来估算舱体试件的内壁温度，就可以在一定程度上减少舱体试件试验的次数，缩短研究周期，节省研究的费用。为了达到这一目的，本文分析了平板试件和舱体试件的内部传热情况，根据隔热结构和边界条件的相似性，提出了二者隔热结构的纵向平均有效导热系数相同的假设，并将基于平板试件试验的导弹舱体内壁温度的估算分解为两个独立的步骤：第一步，从平板试件的试验结果中估计出隔热结构的纵向平均有效导热系数；第二步，将第一步中估计出的隔热结构的纵向平均有效导热系数，代入舱体试件的近似计算模型中，从而计算出舱体试件的内壁温度。在上述估算方法中，需要利用平板试件和舱体试件的近似计算模型，来计算平板试件和舱体试件的内壁温度。本文在做了一定简化的基础上，分别建立了平板试件和舱体试件的近似计算模型，并根据非稳态传热问题的有限元计算原理，推导了两个模型在有限元计算中所用到的组装矩阵，编写了相关的有限元求解程序。隔热结构的纵向平均有效导热系数的估计，是该估算方法中的一个重要环节。本文通过遗传算法来实现。首先将隔热结构纵向平均有效导热系数等未知参数组成一个参数向量，然后利用遗传算法的自适应搜索特性来不断地改变参数向量值，并代人到平板试件的有限元计算模型中，直至计算结果和平板试件的试验结果达到一定程度的接近，从而得到参数向量的估计值，进而得到隔热结构纵向平均有效导热系数的估计值。通过上述方法所估算出的结果与实际舱体的试验结果比较接近，证明该方法是合理有效的，能够满足工程应用的需要。