[发明专利]高超声速飞行器主动冷却结构和气液两相流离心螺旋强化换热方法

权利要求书

1.一种高超声速飞行器头锥主动冷却结构，其特征在于，包括：冲击面、冲击腔、射流孔、射流供液系统和螺旋流道；

冲击面位于高超声速飞行器头锥驻点区域蒙皮内侧；冲击面四周形成冲击腔，冲击腔与螺旋流道和射流孔相连通；螺旋流道紧贴头锥蒙皮内表面，以等螺旋节距或变螺旋节距的方式，沿头锥蒙皮内表面自锥顶冲击面外边缘向锥底盘旋；射流孔位于冲击腔靠近机体一侧轴线的区域，射流孔两端连通冲击面与射流供液系统；射流供液系统用于储存冷却液，并以设定压力将设定流量的冷却液提供给射流孔。

2.根据权利要求1所述的一种高超声速飞行器头锥主动冷却结构，其特征在于，所述的冲击面为平面、带翅片的扩展表面或波纹表面。

3.根据权利要求1所述的一种高超声速飞行器头锥主动冷却结构，其特征在于，所述的射流孔为单个或多个，射流孔的方向与冲击面呈设定的角度。

4.根据权利要求1所述的一种高超声速飞行器头锥主动冷却结构，其特征在于，所述的螺旋流道为单条或两条以上，螺旋流道间互不交叉或有交叉；螺旋流道的横截面为圆形、椭圆形、半圆形、半椭圆形或多边形，螺旋流道为恒定截面流道、变截面流道或内置填充物流道。

5.一种基于权利要求1～4任一所述的高超声速飞行器头锥主动冷却结构的气液两相流离心螺旋强化换热方法，其特征在于，实现方法如下：

首先，射流供液系统以设定压力通过射流孔，将设定流量的冷却液射流冲击至冲击面；

其次，在冲击面表面冷却液吸热汽化，在冲击面上形成的气泡，在冷却液射流冲击力的作用下气泡脱离壁面，使沸腾过程保持在核态沸腾状态；

然后，由气液两相流形式组成的冷却介质，沿螺旋流道贴头锥蒙皮内侧螺旋流动，并继续吸热沸腾，螺旋流动所产生的离心力使冷却介质气液分离，气相冷却介质趋于贴近机体轴线，而液相冷却介质在离心力的作用下趋于贴近蒙皮侧，使得壁面产生的气泡加速脱离壁面。