[发明专利]表面结构及贴附有该表面结构的高超声速飞行器

说明书

本发明公开了一种表面结构及贴附有该表面结构的高超声速飞行器，该表面结构包括基板和烧蚀材料，基板的一面贴附于高超声速飞行器，另一面设有填充烧蚀材料的微腔。本发明通过在基板上设置用于填充烧蚀材料的微腔，并在相邻两个微腔之间的基板台设置用于生成第二模态波的反射波以及低速回流的凸起部，用以对高超声速飞行器进行高超声速飞行时产生的第二模态波的入射波进行抵消，同时传导第二模态波产生的能量，以及在烧蚀材料进行烧蚀时对第二模态波产生的热量进行吸收，能够实现高超声速飞行器表面结构的延迟转捩，提高高超声速飞行器防热、降热和减阻的能力。

技术领域

本发明涉及高超声速飞行器领域，尤其涉及到一种表面结构及贴附有该表面结构的高超声速飞行器。

背景技术

高超声速飞行器高速飞行时，对于高超声速边界层，转捩的发生会使得湍流边界层的壁面摩擦系数和传热系数急剧增加，进而对高超声速飞行器的防热、降热和减阻等能力提出了更高的要求。

研究表明，全层流与全湍流的热防护系统的重量可相差4倍左右，全层流的总阻力将比全湍流状态降低30%左右，而有效载荷是全湍流的2倍。由此可见，精确控制边界层转捩对高超声速飞行器防热、降热和减阻有非常重要的意义。因此，如何实现高超声速飞行器表面结构的延迟转捩，以提高高超声速飞行器防热、降热和减阻的能力，是一个亟需解决的技术问题。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种表面结构及贴附有该表面结构的高超声速飞行器，旨在解决目前高超声速飞行器表面结构的防热、降热和减阻效果不佳的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种表面结构，用于高超声速飞行器，所述高超声速飞行器在高超声速飞行时产生第二模态波，所述表面结构包括：

基板，所述基板包括相对设置的第一面和第二面，所述第一面贴附于所述高超声速飞行器的表面，所述第二面设有微腔；其中，所述基板台上的任一边缘处设有凸起部，所述凸起部设置有斜向的弧面，且相邻所述基板台上凸起部的弧面呈对称设置，所述凸起部在高超声速飞行时生成所述第二模态波的反射波；

烧蚀材料，所述烧蚀材料填充于所述微腔内，所述烧蚀材料在烧蚀时吸收所述第二模态波在所述微腔产生的热量；其中，所述烧蚀材料采用重气体烧蚀材料，所述烧蚀材料在烧蚀时生成重气体，以吸收第二模态波的能量。

本发明中，通过在基板上设置微腔，并利用微腔处的凸起部以及微腔内的重气体烧蚀材料，能够抵消第二模态波对高超声速飞行器的影响。

可选的，所述弧面的轮廓参数表达式为：

其中，y为弧面的轮廓的纵向位置，x为弧面的轮廓的横向位置，A为第一高度预设值，B为第二高度预设值，C为第三高度预设值，a为第一曲率预设值，b为第二曲率预设值。

本发明中，通过基板台上的凸起以及凸起的弧面能够在弧面的前后范围产生定量的回流，与高速流能产生温差，加强第二模态波的热传导作用。

可选的，所述微腔为矩形微槽，所述矩形微槽的宽度为0.1mm~1.0mm，深度不小于0.5mm。

可选的，所述矩形微槽的长边设置为与高超声速飞行器进行高超声速飞行时的气流的来流方向垂直。

本发明中，矩形微槽的长边设置为与高超声速飞行器进行高超声速飞行时的气流的来流方向垂直，便于凸起部产生定量的回流。

可选的，所述微腔为圆形微孔隙，所述圆形微孔隙的等效直径为0.1mm~1.0mm，深度不小于0.5mm。

可选的，所述重气体为CO₂，所述重气体烧蚀材料包括碳基烧蚀材料和/或氮基烧蚀材料。