[发明专利]自适应抵御激波的超声速气膜冷却装置及使用方法

权利要求书

1.一种自适应抵御激波的超声速气膜冷却装置，所述装置根据激波的出现和强度大小自适应的对气膜冷却边界层内注入相应量的等离子体，其特征在于该装置包括：超声速气膜冷却流通道(2)、喷嘴(3)、受保护壁面(10)、压力监测管道(4)、压力开关组(5)、电源(6)、电介质(9)、电极A(7)、电极B(8)以及连接电路；超声速气膜冷却流通道(2)位于高温主流(1)的流入侧下方，超声速气膜冷却流通道(2)的端部设置有喷嘴(3)，喷嘴(3)用于喷入冷却气体对受保护壁面(10)进行热保护，在受保护壁面(10)易受到诱发的激波影响的区域设置电介质(9)和电极B(8)，电介质(9)设置在受保护壁面(10)中，电极B(8)植入电介质(9)下，电极A(7)设置在电极B(8)一侧，并靠近喷嘴(3)，电极A(7)贴附在受保护壁面(10)上，电极A(7)与电极B(8)均与电源(6)连接，压力监测管道(4)为金属管道组成，其一端布置在受保护壁面监测点处，另一端布置在压力开关组(5)上，压力开关组(5)包括多个压力开关，每个压力开关都与电源(6)连接，根据不同的激波强度，可以连通不同的电路，不同的电路对应不同的电压值，从而产生不同量的等离子体，电源(6)的电压输出值为多档，根据压力开关组连通的不同电路输出对应的电压值。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述超声速气膜冷却流通道(2)、喷嘴(3)用于承担正常热负荷工况。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：通过压力监测管道中的流体压力来实现压力开关组(5)的启闭，根据不同强度的激波引起的压力可以打开压力开关组(5)对应的某一个压力开关，从而连通其对应的电路，当激波减弱或者消失时，压力监测管道中流体的压力不足以打开压力开关，电路关闭。

4.根据权利要求3所述的装置，所述电源(6)受压力开关控制，根据压力开关连通的不同电路输出不同的电压值，从而使电极A(7)与电极B(8)在不同的电压值下产生不同量的等离子体。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：电极A(7)的厚度不大于0.2毫米。

6.使用根据权利要求1-5任一项所述的装置对高超音速飞行器高温部件热防护的方法，其特征在于包括步骤：

1)超声速流场中，当高温主流(1)流入通道后，通过超声速气膜冷却流通道(2)引入冷却流体经喷嘴(3)喷入冷却气体对受保护壁面(10)进行热保护；

2)由于局部流动参数或者结构的变化，诱发激波(11)的入射，导致冷却气体边界层内压力升高，形成高压区域(12)，激波的入射将破坏冷却气体边界层，使冷却气体边界层分离，此时，受保护壁面(10)的压力监测管道(4)中流体由于和激波作用区域相连，其流体压力急剧升高；

3)压力监测管道(4)中的流体压力升高后，高压流体将打开压力开关组(5)中对应的某一个压力开关，进而连通根据不同的压力等级对应的不同电压值的电路；

4)压力开关组(5)打开后，电源(6)将启动，在电极A(7)和电极B(8)之间形成一定的电压，不同等级的电压将产生不同量的等离子体；等离子体产生后，在电极A(7)与电极B(8)的作用下，等离子体中的离子在电场的作用下顺电场方向运动，与空气中的气体分子碰撞，并将动量传递给气体分子，使气流加速，同时还将引发冲击效应以及物性改变作用，从而防止边界层分离，抵御激波对超声速气膜冷却的破坏；

5)当激波强度变弱或者消失后，此时压力监测区域的流体压力下降，压力监测管道(4)中流体压力下降，不足以维持打开压力开关，此时压力开关关闭，电源(6)停止对电极A(7)和电极B(8)供电，等离子体不再产生。