本發(fā)明涉及航空航天，尤其涉及掃描電子束重構熱流密度場的方法、系統(tǒng)及存儲介質。

背景技術：

1、自人類第一次實現(xiàn)高超飛行開始，地面熱考核試驗便具有極其突出的重要性，是保障氣動熱防護設計有效性必不可少的測試環(huán)節(jié)。掃描電子束熱考核方法作為一項新興的地面熱測試技術，相對傳統(tǒng)石英燈陣熱考核方法在營造高溫、高熱流密度、非均勻和大梯度的熱環(huán)境方面具有突出優(yōu)勢，有望滿足高超飛行器愈發(fā)嚴苛的熱考核需求。

2、公開號為cn112719557a的專利公開了一種利用電子束掃描實現(xiàn)非均勻熱流密度分布的方法及裝置，該方案忽略電子束的跳躍過程構建了目標熱流密度場的重構方法，從而簡化了電子束掃描策略的求解過程。但該假設在掃描驅動系統(tǒng)的響應時間遠小于電子束駐留時間的情況下成立，在多駐留點的大尺寸熱考核實驗中駐留時間與掃描驅動系統(tǒng)的響應時間在同一時間尺度，此時忽略電子束跳躍過程的假設不再成立，重構目標熱流密度場的偏差會急劇增大，為解決這一問題必須構建掃描電子束重構熱流密度場的方法、系統(tǒng)及存儲介質。

技術實現(xiàn)思路

1、基于背景技術存在的技術問題，本發(fā)明提出了掃描電子束重構熱流密度場的方法、系統(tǒng)及存儲介質，有效解決了理想跳躍模型在高頻掃描工況下難以高精度重構目標熱流密度場的問題，為開展大工件、高長寬比掃描區(qū)域和大熱流密度梯度等需要大量掃描點的熱流密度場重構工況提供了可行方法，拓寬了掃描電子束熱考核方法的工程應用場景。

2、本發(fā)明提出的掃描電子束重構熱流密度場的方法，方法步驟如下：

3、s1：目標熱流密度場掃描點的離散；

4、s2：掃描軌跡、掃描場頻和電子束束斑半徑的規(guī)劃，其中掃描軌跡串聯(lián)所有掃描點；

5、s3：掃描驅動系統(tǒng)的性能標定并構建拉式變換后的掃描驅動系統(tǒng)的理想電流輸出信號it-s(s)和掃描驅動系統(tǒng)的真實輸出電流信號ir-s(s)的傳遞函數(shù)；

6、s4：建立掃描點能量平衡方程組，并進行迭代求解；具體方法為：

7、根據(jù)電子束的打靶偏轉距離與掃描驅動系統(tǒng)的輸出電流信號的比值k、s3的傳遞函數(shù)得到電子束的真實掃描軌跡時間序列，將電子束的真實掃描軌跡時間序列每間隔δt0分割成n段，第j時段中電子束的平均掃描位置記為(xj,yj)，空間位置為(xi,yi)的第i個單元的目標熱流密度如下：

8、

9、式中，q″i為第i個單元的目標熱流密度；δqij為第i個單元吸收的總能量；p為樣件吸收的電子束總功率；r為電子束束斑半徑；δl為掃描點間距。

10、優(yōu)選地，所述電子束束斑半徑等于離散的掃描點的間距。

11、優(yōu)選地，s3中掃描系統(tǒng)為開環(huán)掃描驅動系統(tǒng)、二階負反饋掃描驅動系統(tǒng)或更高階的負反饋掃描驅動系統(tǒng)。

12、優(yōu)選地，s4中迭代求解的方法為：設定一個均勻的駐留時間分布，將每個掃描點上的平均熱流密度與目標熱流密度進行比較，若掃描點平均熱流密度低于目標熱流密度，則延長掃描點的駐留時間；若掃描點平均熱流密度高于目標熱流密度，則縮短掃描點的駐留時間；當所有掃描點上的平均熱流密度重構偏差的絕對值均小于設定的重構精度，即完成掃描點能量平衡方程組求解。

13、本發(fā)明提出的一種掃描電子束重構熱流密度場的系統(tǒng)，包括：

14、數(shù)據(jù)處理模塊，用于目標熱流密度場掃描點的離散；

15、掃描策略規(guī)劃模塊，用于掃描軌跡、掃描場頻和電子束束斑半徑的規(guī)劃，其中掃描軌跡串聯(lián)所有掃描點；

16、掃描驅動模塊，用于掃描驅動系統(tǒng)的性能標定并構建拉式變換后的掃描驅動系統(tǒng)的理想電流輸出信號it-s(s)和掃描驅動系統(tǒng)的真實輸出電流信號ir-s(s)的傳遞函數(shù)；

17、駐留時間解析模塊，用于建立掃描點能量平衡方程組，并進行迭代求解；具體方法為：

18、根據(jù)電子束的打靶偏轉距離與掃描驅動系統(tǒng)的輸出電流信號的比值k、s3的傳遞函數(shù)得到電子束的真實掃描軌跡時間序列，將電子束的真實掃描軌跡時間序列每間隔δt0分割成n段，第j時段中電子束的平均掃描位置記為(xj,yj)，空間位置為(xi,yi)的第i個單元的目標熱流密度如下：

19、

20、式中，q″i為第i個單元的目標熱流密度；δqij為第i個單元吸收的總能量；p為樣件吸收的電子束總功率；r為電子束束斑半徑；δl為掃描點間距。

21、本發(fā)明提出的一種計算機存儲介質，所述計算機存儲介質上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述的掃描電子束重構熱流密度場的方法的步驟。

22、本發(fā)明的有益技術效果：

23、本發(fā)明重構熱流密度場的方法考慮了電子束在掃描點間的真實跳躍過程，有效解決了理想跳躍模型在高頻掃描工況下難以高精度重構目標熱流密度場的問題，為開展大工件、高長寬比掃描區(qū)域和大熱流密度梯度等需要大量掃描點的熱流密度場重構工況提供了可行方法，拓寬了掃描電子束熱考核方法的工程應用場景；此外掃描電子束基本原理即通過高頻掃描模擬穩(wěn)定的熱流密度場輸入，本方法可在高頻掃描工況下提升目標熱流密度場重構精度，進而提升掃描電子束熱考核方法的工程應用可靠性。

技術特征：

1.一種掃描電子束重構熱流密度場的方法，其特征在于，方法步驟如下：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種掃描電子束重構熱流密度場的方法，其特征在于，所述電子束束斑半徑等于離散的掃描點的間距。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種掃描電子束重構熱流密度場的方法，其特征在于，s3中掃描系統(tǒng)為開環(huán)掃描驅動系統(tǒng)、二階或更高階的負反饋掃描驅動系統(tǒng)。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種掃描電子束重構熱流密度場的方法，其特征在于，s4中迭代求解的方法為：設定初始駐留時間均勻分布，將每個掃描點上的平均熱流密度與目標熱流密度進行比較，若掃描點平均熱流密度低于目標熱流密度，則延長掃描點的駐留時間；若掃描點平均熱流密度高于目標熱流密度，則縮短掃描點的駐留時間；當所有掃描點上的平均熱流密度重構偏差的絕對值均小于設定的重構精度，即完成掃描點能量平衡方程組求解。

5.一種掃描電子束重構熱流密度場的系統(tǒng)，其特征在于，包括：

6.一種計算機存儲介質，其特征在于，所述計算機存儲介質上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權利要求1-4任一項所述的掃描電子束重構熱流密度場的方法的步驟。

技術總結
本發(fā)明公開了掃描電子束重構熱流密度場的方法、系統(tǒng)及存儲介質，掃描電子束重構熱流密度場的方法步驟如下：S1：目標熱流密度場掃描點的離散；S2：掃描軌跡、掃描場頻和電子束束斑半徑的規(guī)劃，其中掃描軌跡串聯(lián)所有掃描點；S3：掃描驅動系統(tǒng)的性能標定并構建拉式變換后的掃描驅動系統(tǒng)的理想電流輸出信號I<subgt;t?s</subgt;(s)和掃描驅動系統(tǒng)的真實輸出電流信號I<subgt;r?s</subgt;(s)的傳遞函數(shù)；S4：建立掃描點能量平衡方程組，并進行迭代求解。本發(fā)明有效解決了理想跳躍模型在高頻掃描工況下難以高精度重構目標熱流密度場的問題，為開展大工件、高長寬比掃描區(qū)域和大熱流密度梯度等需要大量掃描點的熱流密度場重構工況提供了可行方法，拓寬了掃描電子束熱考核方法的工程應用場景。

技術研發(fā)人員：葉宏,姚鴻鑫,竇敏峰,龍林爽
受保護的技術使用者：中國科學技術大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/30