动态数据驱动的热防护系统在线分析与评价方法研究

Thermal barrier problems caused by high-speed flight posed a severe challenge to the thermal protection system. The development of future aircraft required its structural health monitoring system, can be updated in real time sensor data and online simulation and prediction, to evaluate health status and provide decision-making information and feedback. For the traditional research methods of thermal protection system, simulation and experiment is static, serial relationships. This is not only difficult to meet the application requirements of structural health monitoring, but also difficult to achieve higher levels of the breakthrough of thermal protection design. In this project, a concept of dynamic data-driven was introduced to study the online analysis and evaluation methods of high temperature thermal protection system. A damage inverse identification method is built through the high temperature test and the inverse problem solving, based on sensor data of experiments. Using the online damage identification to update online simulation model and predict the structure state online, transmitting the data dynamically and feedback. This project focus on exploring dynamic data-driven implementation and mechanism of thermal protection simulation and test, establishing an online analysis and evaluation methods at high temperature environment. Dynamic data-driven application will change the traditional thermal protection design concept, to a great extent, eliminate the influence of uncertainty, enhance the accuracy of prediction model, promote the rapid development of the structural health monitoring of thermal protection system, and provide technical basis for the development of high speed aircraft.

高速飞行的热障问题给飞行器的热防护提出了严峻挑战。未来飞行器的发展要求其结构健康监测系统能够实时更新传感数据并在线模拟预报，以评估健康状态并提供决策信息反馈。而在热防护传统的研究手段中，模拟与试验是静态、串行的关系，这不仅难以满足结构健康监测的应用需求，而且难以实现热防护设计水平的突破性提高。本项目引入动态数据驱动概念用于研究高温下的热防护在线分析与评价方法。通过高温试验和反问题求解，建立基于传感数据的热防护损伤反辨识方法；利用在线辨识的损伤实时更新在线模拟模型完成结构状态预报，实现数据的动态传输与反馈。重在探索热防护模拟与试验间动态数据驱动的实现与作用机制，建立高温环境下的热防护在线分析与评价方法。动态数据驱动的应用将会改变传统的热防护设计理念，在很大程度上消除不确定性的影响，提高模型预报的准确度，促进热防护及结构健康监测的快速发展，为我国高速飞行器的发展奠定技术基础。

高速飞行的热障问题给飞行器的热防护提出了严峻挑战。未来飞行器的发展要求其结构健康监测系统能够实时更新传感数据并在线模拟预报，以评估健康状态并提供决策信息反馈。而在热防护传统的研究手段中，模拟与试验是静态、串行的关系，这不仅难以满足结构健康监测的应用需求，而且难以实现热防护设计水平的突破性提高。本项目引入动态数据驱动概念用于研究高温下的热防护在线分析与评价方法。完成了高温环境下热防护结构动态测试数据的获取与试验验证，采用石英灯阵列等加热方式进行热环境模拟，利用分层温度传感器测试隔热层温度响应，发展了反问题求解技术，提出了分段辨识方法并进行了试验验证。构建了“传感数据-在线模型-试验系统”三者的总体数据驱动逻辑框架与试验系统，设计完成系统运行的控制算法，建立了动态数据驱动的热防护在线分析与评价方法。利用在线试验与分析系统，揭示了高温环境下热防护模拟与测试系统间动态数据驱动的实现机制，分析其影响与作用规律。完成了测试数据到模拟的数据传递、模型更新、在线模拟评估乃至模拟对试验反馈控制的试验验证。校验了动态数据与在线模型的时效性，建立了热防护系统的高效代理模型。对比分析是否考虑动态数据对数值模拟预报结果的影响，分析在线模拟评价准确性的影响因素，有效地验证了系统的可靠性，充分体现了在动态数据驱动模式下的热防护响应分析与预报精度的优势。动态数据驱动的应用将进一步改变传统的热防护设计理念，在很大程度上消除不确定性的影响，提高模型预报的准确度，从促进热防护及结构智能化的快速发展，为我国高速智能飞行器的发展奠定技术基础。