导弹变曲率舱段石英灯阵列辐射热流计算方法

doi:10.7527/S1000-6893.2026.32846

Abstract

Abstract:

Aiming at the problem of analytical calculation of heat flux density field for variable curvature cabin such as conical cabin in thermal strength tests of missiles， we propose an analytical method for calculating radiation heat flux of the conical quartz lamp array with filament semi-cylindrical surfaces divided into multiple elements. By solving the coordinates of the intersection points between the tangent through the conical generatrix and the central axis of the filament element surfaces， as well as the intersections between the filament element surfaces and the conical generatrix， explicit expressions for the irradiation ranges of single quartz lamp under external and internal heating conditions are derived. We analyze the influence of element number on the heat flux density distribution in typical regions and examines the discrepancies in heat flux density results under single-intersection and double-intersection criteria. Comparisons with finite element models results of linearly variable diameter surface and non-linearly variable diameter surface show that the relative errors between the two methods are small， validating the accuracy of the proposed calculation method. This method provides important reference value for response prediction and scheme evaluation of the thermal test for missile cabins with variable curvature.

Key words: radiation heat flux, variable curvature cabin, conical array, quartz lamp, thermal strength test

CLC Number:

V216.4

Xiaoxiao ZHANG, Binwen WANG, Jingtao WU, Chisen YAO, Xinxin LI. Calculation method of radiation heat flux for quartz lamp array for variable curvature cabins of missile[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(12): 132846.

Figures/Tables 29

Fig.1

Fig.2

Fig.3

Fig.4

Fig.5

Fig.6

Fig.7

Fig.8

Fig.9

Table 1

Fig.10

Fig.11

Fig.12

Fig.13

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Fig.18

Table 2

Fig.19

Fig.20

Fig.21

Fig.22

Fig.23

Fig.24

Table 3

Model parameters of radome

参数类型	单灯参数	雷达罩参数
尺寸	灯丝直径为3 mm，灯丝长度为400 mm	雷达罩母线方程为 $z = - 0.05 x 2 + 500$ ，雷达罩高度为500 mm，底面圆直径200 mm
位置	灯管所在圆锥面半锥角为8 °、底面圆直径为314.05 mm、锥高1 117.31 mm，灯丝下端距离底面高度50 mm、距离雷达罩中心线150 mm	底面圆位于z=0平面，圆心为坐标系原点，顶点位于z轴正半轴。
边界	等效灯丝温度为2 103.4 K，表面发射率为1	舱段温度设置为1 K，表面发射率为1
网格	灯丝半圆柱面环向网格数量n=8，轴向网格数量为100	沿母线网格数量为200，半圆周环向网格数量为180

Table 3

Fig.25

Fig.26

References 22

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流程顺序	流程内容	相关数据
1	梳理阵列参数与舱段参数	阵列参数包括灯管数量、灯管间距、环向起始角度、灯丝温度T、灯丝距表面高度d、灯管长度L、灯丝半径r；舱段参数包括底面圆半径R、锥高h、半锥角β
2	逐个提取单灯灯丝各平面微元中心点坐标与舱段表面接收点坐标	计算微元中心点坐标需要灯丝半圆柱面网格数n、灯丝长度方向等分数N、微元顺序i、灯管环向位置θ₁；计算舱段表面接收点坐标需要环向角度位置θ₂、截面圆半径R₄、截面圆高度z₂
3	计算灯丝某个平面微元在舱段表面的照射范围，判断某个接收点是否位于照射范围内，对于处于照射范围内的接收点，按照式（25）计算热流密度	交点F_i 对应的圆心z坐标z₁、交点J的圆心z坐标z₂
4	将同一灯管不同顺序的各段平面微元对该接收点产生的热流密度累加，便得到了在单根石英灯作用下该接收点的热流密度	该接收点受同一灯管各段平面微元照射获得的热流密度q_e
5	计算同一灯管不同顺序的各段平面微元对所有接收点产生的热流密度累加，便得到了在单根石英灯作用下表面辐射热流场	所有接收点受同一灯管各段平面微元照射获得的热流密度q_e
6	计算所有灯管不同顺序的各段平面微元对所有接收点产生的热流密度累加，便得到了在石英灯阵列作用下表面辐射热流场	所有接收点受所有灯管各段平面微元照射获得的热流密度q_e

Calculation method of radiation heat flux for quartz lamp array for variable curvature cabins of missile

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参数类型	单灯参数	舱段参数
尺寸	灯丝直径为3 mm，灯丝长度为400 mm	外加热：圆锥面高500 mm、底面圆直径300 mm 内加热：圆锥面高500 mm、底面圆直径400 mm、顶面圆直径200 mm
位置	灯丝中心距圆锥面高度为50 mm，灯丝位置为环向180°、灯丝下端距离底面高度50 mm，灯丝与舱段母线平行	底面圆位于z=0平面，圆心为坐标系原点，顶点位于z轴正半轴
边界	等效灯丝温度为2 103.4 K，表面发射率为1	舱段温度设置为1 K，表面发射率为1
网格	灯丝半圆柱面环向网格数量n=8，轴向网格数量为100	沿母线网格数量为50，半圆周环向网格数量为180

[1]	ZHU Yandan, WEI Dong, LIU Shenshen, ZENG Lei, GUI Yewei. Power optimization of non-uniform aerodynamic heating simulated by quartz lamp array [J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2019, 40(6): 122761-122761.
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