[发明专利]一种局部发汗冷却抑制激波的超声速气膜冷却装置及其防护方法

权利要求书

1.一种根据入射壁面的激波的出现自适应的打开局部发汗冷却来实现抑制激波的破坏效果的超声速气膜冷却装置，该装置包括：压力监测管道(4)、压力启闭阀门(5)、发汗冷却流体供给通道(6)、发汗冷却储气腔室(7)、设置在受保护壁面压力检测区域的壁面发汗冷却多孔介质(8)以及超声速气膜冷却通道(2)，所述压力监测管道为金属管道结构，其一端布置在受保护壁面(9)监测点处，另一端布置在压力启闭阀门上，所述受保护壁面监测点设置在壁面发汗冷却多孔介质内，发汗冷却流体供给通道与发汗冷却储气腔室连接，在发汗冷却流体供给通道上安装压力启闭阀门，发汗冷却储气腔室设置为在外部环绕受保护壁面监测点，压力监测管道穿过该发汗冷却储气腔室后设置在受保护壁面监测点处；通过压力监测管道中的流体压力来实现阀门启闭，当激波的强度大于一定值后，由此引起的压力可以顶开阀门，当激波减弱或者消失时，压力监测管道中流体的压力不足以顶开阀门，阀门关闭，通过所述压力启闭阀门来控制发汗冷却流体供给通道，当该阀门打开时，冷却流体将通过该阀门流入发汗冷却储气腔室，当该阀门关闭时，将切断发汗冷却流体的供给，受保护壁面通过超声速气膜冷却通道的流体维持其冷却；超声速气膜冷却是通过从壁面冷却流喷嘴中平行于高温主流以超声速喷出冷却流体覆盖在受保护壁面上，将壁面与高温主流隔开来实现热防护。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：基本工况的热负荷由超声速气膜冷却来承担，当出现激波的入射的时候，通过打开局部发汗冷却的辅助方式来实现热防护。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：无激波或者弱激波的情况下，冷却流体通过超声速气膜冷却通道的喷嘴平行喷出，覆盖在受保护壁面上进行热防护。

4.根据权利要求3所述的装置，所述局部发汗冷却为在超声速气膜冷却的受保护壁面上，局部可能存在激波作用的位置采用多孔介质进行加工，发汗冷却储气腔室内的冷却流体可以通过多孔介质渗透到壁面上方，从而对该位置进行局部增强冷却的保护。

5.一种利用权利要求1-4任一项所述的装置来根据入射壁面的激波的出现自适应的打开局部发汗冷却的方法，其特征在于包括如下步骤：1)超声速流场中，当高温主流流入通道后，通过超声速气膜冷却通道引入冷却流体经壁面冷却流喷嘴(3)喷入冷却气体对受保护壁面(9)进行热保护；

2)由于局部流动参数或者结构的变化，诱发激波(10)的入射，导致冷却气体边界层内压力升高，形成高压区域(11)，激波的入射将破坏冷却气体边界层，从而导致冷却效果下降；此时，受保护壁面的压力监测管道(4)中流体由于和激波作用区域相连，其流体压力急剧升高；压力监测管道(4)中的流体压力升高后，高压流体将打开压力启闭阀门(5)；

3)压力启闭阀门(5)开启后，发汗冷却流体供给通道(6)被打开，冷却流体将引入至发汗冷却储气腔室(7)中，随后再通过壁面发汗冷却多孔介质(8)渗透到上表面上，对受保护壁面(9)进行局部增强冷却，从而能减少激波的破坏作用；

4)当超声速流场中参数发生改变后，激波强度变弱或者消失，此时高压区域(11)中的流体压力下降，压力监测管道(4)中流体压力下降，不足以维持打开压力启闭阀门(5)，此时压力启闭阀门(5)关闭，发汗冷却流体供给通道(6)关闭，局部发汗冷却不再起作用；此时工况进入正常工况，受保护壁面(9)通过超声速气膜冷却通道的流体足可维持其冷却效果。