[发明专利]一种自适应激波作用的超声速气膜冷却结构

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自适应的改变冷却流体的喷射方法来实现抑制激波的破坏效果的超声速气膜冷却结构。该装置包括：压力监测管道、压力启闭阀门以及冷却气体超声速喷嘴。当流场中出现激波的作用时，通过压力监测管道将激波引起的流体压力升高或流体压力下降而实现压力启闭阀门的开启或关闭，从而达到可以根据激波的出现自适应增加和减少冷却流流量来达到热防护效果。本发明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，也被纳入高超声速飞行器热端部件的有效冷却技术之一。

然而在超声速条件下，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。已有研究表明，激波的入射将大大破坏超声速气膜冷却的效果。

在超声速流场中，由于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影响，都可以诱发激波的产生，从而对壁面的超声速气膜冷却造成危害。对于激波的入射，一种有效的应对其破坏的作用的方法是可以通过增大冷却气体流量来抑制激波的作用。然而对于高超飞行器而言，怎样用最少的冷却气体流量实现其热防护目标是其设计的一个重要指标。因此，发展和开发出能够自适应抑制流场中激波破坏的超声速气膜冷却结构对于其实用性具有重要意义。

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，可以根据激波的出现自适应的改变冷却流体的喷射方法来实现抑制激波的破坏效果的超声速气膜冷却结构。

超声速流场中，当主流和冷却流的流动参数发生改变，或者燃料在流场中局部产生燃爆时，都可能会诱发激波的产生，此时原有设计的超声速气膜冷却结构有可能不能完全抑制住激波的破坏效果，从而将导致受保护壁面受损失效。为抑制激波的这种破坏作用，本发明的技术方案提供一种可以跟随激波的出现，自适应改变冷却流喷射方式，达到抑制激波的破坏效果。

一种自适应激波作用的超声速气膜冷却结构，包括压力监测管道、压力启闭阀门以及冷却气体超声速喷嘴。

该装置具体包括：压力监测管道、压力启闭阀门以及冷却气体超声速喷嘴；所述压力监测管道包括多个分支，每个压力监测管道分支均由金属管道以及微型逆止阀连接组成，每个压力监测管道分支的一端布置在受保护壁面监测点处，另一端布置在压力启闭阀门上，即在受保护壁面处布置多个压力监测点，每个监测点均设置压力监测管道分支，并且在每个压力监测管道分支上均设置微型逆止阀，上述多个压力监测管道分支最终汇集成一个压力监测管道，所述压力监测管道与压力启闭阀门连接，所述冷却气体超声速喷嘴设置在高温主流流入侧的下方，其由两部分组成，通过隔板分开，上部为常用冷却流通道，下部为应急冷却流通道，在常用冷却流通道和应急冷却流通道的流出端部分别设置有常用流喷嘴和应急冷却流喷嘴，压力启闭阀门设置在应急冷却流通道的上游，常用冷却流通道用于维持基本热负荷，应急冷却流通道用于当受保护壁面处收到了激波的作用时，冷却流从下部喷嘴中喷出保护受保护壁面。

压力监测管道为数个普通的金属管道以及数个微型逆止阀组成，根据实际结构选择合适的管道直径，其一端布置在受保护壁面监测点处，另一端布置在压力启闭阀门上。其功能在通过和受保护壁面直接接触，当局部受到激波的作用时，流体压力升高，通过压力监测管道可以将激波的高压传递至压力启闭阀门处，从而达到开启阀门的作用。设置微型逆止阀用来防止数个监测点之间流体出现从激波的高压区域直接旁通的现象。