[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

说明书

本发明提供一种能用于高超飞行器中高温部件在出现激波作用时，可以根据激波的出现打开局部发汗冷却结构，自适应的通过局部发汗冷却强化冷却的方法来实现抑制激波的破坏效果的超声速气膜冷却结构及其冷却方法。本发明能够有效地减少冷却气体的消耗。所涉及到的部件均为机械结构的部件，所应用的原理基本为机械、流体本身的特性，不涉及到电动控制、电子信号等设备，因此本发明设计方案具有很好的可靠性和实用性。

技术领域

本发明涉及一种高超飞行器高温部件的热防护装置及防护方法,特别是关于一种在高温超声速气流中存在激波入射时壁面超声速气膜冷却的热防护装置及防护方法。

背景技术

气膜冷却的基本原理是指沿壁面切线方向或以一定的入射角射入冷却气体，形成一层贴近受保护壁面的缓冲冷却气膜，用以将壁面与高温气体环境隔离，从而对壁面进行有效地热防护和化学防护。目前已成为很多场合高温部件的冷却措施，如高温透平叶片、燃烧室等。

气膜冷却分为亚声速气膜冷却和超声速气膜冷却。其中，超声速气膜冷却由于其结构简单、冷却效果好等特点，被纳入火箭高温部件冷却、未来高超声速飞行器热端部件冷却的考虑范围。

然而，在超声速流场中，常常伴随着激波的出现，激波入射气膜边界层往往对超声速气膜冷却造成影响。研究激波作用对冷却效果的影响成了超声速气膜冷却研究一个不可缺少的组成部分。已有对于超声速气膜冷却受激波影响的研究表明激波入射会削弱气膜冷却的保护效果。

由于激波对超声速气膜冷却的破坏作用，将影响使其工程实际应用。因而研究和发展有效抑制激波破坏超声速气膜冷却的方法和装置对于超声速气膜冷却的工程实际应用具有重要的意义。

对于高速飞行器高温部件的热防护而言，一方面希望其冷却效果好能保护部件，另外一方面又希望用于热防护的冷却流体使用量尽量少。而超声速流场中，激波的出现很多时候和主流和冷却流流体压力的不均匀不匹配、通道中流动参数的改变、结构的变化、局部流场中燃爆等因素的密切相关，因此激波可能并不是一直出现和发生。如果能开发出一种能够实时监测激波的出现，自适应地通过局部增强冷却方式来抵御激波的入射的结构和装置对于最优化的使用冷却流体具有重要意义。

本发明提出一种采取局部发汗冷却辅助的超声速气膜冷却结构，通过自适应监测激波引起的压力变化，打开局部发汗冷却降低激波对超声速气膜冷却的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种能用于高超飞行器中高温部件在出现激波作用时，根据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结构。

为了能够实现热防护的目的，超声速气膜冷却结构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。然而，在超声速流场中，当主流和冷却流流体压力的不均匀不匹配、通道中流动参数的改变、结构的变化、局部流场中燃爆时，将引发激波的产生，激波将入射冷却气体边界层，对气膜冷却进行破坏，此时原有设计的超声速气膜冷却结构将不能抵御激波的破坏效果，受保护壁面的温度将升高，直至局部损坏失效。

为抑制激波对超声速气膜冷却的这种破坏作用，本发明的技术方案提供一种可以实时监测激波的出现，自适应地打开局部发汗冷却结构，通过局部发汗冷却的增强冷却方式，达到抑制激波的破坏效果。