[发明专利]自适应主动热防护装置及飞行器

说明书

技术领域

本发明涉及高超声飞行器前缘气动热防护技术，尤其涉及一种自适应主动热防护装置及飞行器，特别适用于具有尖化前缘飞行器(如吸气式高超声速飞行器等)的前缘热防护。

背景技术

飞行器在大气层内高速飞行时，飞行器周围的空气受到强烈的压缩和剧烈的摩擦作用，气流的大部分动能转化为热能，使飞行器周围的温度急剧升高，高温气体对飞行器进行加热，气动热问题也由此产生。时至今日，热防护仍是各类高速航空器及航天器设计中所必需考虑的重要问题。热防护问题以飞行器前缘气动加热最为突出，这一区域的气动加热主要源自高速运动的气流碰撞至飞行器前缘后迅速滞止，大量的分子动能转化为热能。一般而言，这一区域是整个飞行器气动加热最为严重的区域。

气动热防护问题是一个复杂的多学科问题，与飞行器的外形、材料及结构等均直接相关。现有的技术手段除采用先进的耐热材料(如碳-碳、碳-硅复合材料等)外，前缘热防护一般通过钝化、喷流、增加支杆等手段改变飞行器外形及其周围流场，达到减小前缘区域热流之目的。钝化防热的主要原理是利用驻点热流与当地钝化半径成反比例的关系，将飞行器前缘进行钝化处理以减小热流。这一方式应用最为广泛。但降低前缘热流的同时，飞行器的阻力将不可避免的增加。喷流法是在驻点附近开孔，从孔中喷射出与来流方向相反的液体来降低驻点区域的热流，但这一方法会破坏整个驻点区域的流场。支杆方法是在飞行器前缘探出一根细杆，在飞行中，通过支杆的烧蚀来保护飞行器的前缘，这一方法同样会破坏前缘附近的流场。在上述基础上，还有学者提出凹腔法、支杆喷流法、气动盘法、溢流法等新概念，但这些方法仍处于研究探索阶段。

从目前的实际应用看，直接钝化防热仍是最为简单且应用最为广泛的方法。然而，钝化防热需以牺牲飞行器的气动性能为代价，应用时必须在减阻和热防护之间进行平衡。此外，对于乘波体或高超声速吸气式飞行器等新型飞行器而言，机体和发动机完全耦合，这就需要飞行器前缘必须采用尖化前缘，而且前缘附近的流场不应受到干扰。这一问题直接促进了新型热防护系统的研究，本发明主要针对这一背景和需求提出。

发明内容

本发明提供一种自适应主动热防护装置及飞行器，用于克服现有技术中的缺陷，具有自适应功能，且飞行器前缘附近的气流场不受干扰，不增加飞行器前缘的阻力。

本发明提供一种自适应主动热防护装置，包括：

至少一条设置在机体前缘内部的排气通道和一用于储存冷却工质的贮藏箱；

所述排气通道具有进气孔和用于将所述储藏箱内冷却工质喷向机体尖化前缘尖端的出气孔；

所述排气通道的进气孔设置在所述机体尖化前缘的迎流面，所述排气通道的出气孔设置在机体尖化前缘的背流面；

所述贮藏箱靠近进气孔的一侧设置有能随所述进气孔压力增加而产生变形并挤压贮藏箱内部冷却工质的柔性隔膜，所述贮藏箱通过排液口与所述出气孔连通。

其中：

所述排液口与所述出气孔之间的排气通道上设置有流量调节阀。

进一步地：

所述贮藏箱的排液口连接有导流管；

所述导流管形成所述贮藏箱与所述出气孔之间的排气通道；

所述流量调节阀安装在所述导流管上。

特别是：

所述出气孔与所述导流管之间具有一喷腔；

所述喷腔连通所述出气孔与所述导流管。

在上述实施例的基础上：

所述机体尖化前缘具有尖端；

所述尖端后部具有一台阶面；

所述进气孔设置在该台阶面上。

其中：

所述尖端设置有导热罩。

进一步地：

所述导热罩外侧面为过渡曲面。

更进一步地：

所述出气孔的形状呈喇叭状，且所述出气孔的缩口端靠近排气通道，扩口端的切向朝向导热罩的外侧面。

再进一步地：

所述柔性隔膜设置在所述贮藏箱内部，所述柔性隔膜将所述贮藏箱内部分成上下两个空腔；

所述贮藏箱内部位于柔性隔膜下方的空腔呈漏斗状，且该漏斗状的空腔的缩口端与所述进气孔连通。

本发明还提供一种飞行器，至少包括机体，所述机体具有尖化前缘，所述尖化前缘具有迎流面和背流面；

所述飞行器还包括一热防护装置，所述热防护装置为上述自适应主动热防护装置。