[发明专利]一种应用于可往返式高超声速飞行器头锥表面的发散和气膜双冷却系统

权利要求书

1.本发明提供了一种应用于可往返式高超声速飞行器头锥表面的发散与气膜双冷却系统，其特征在于，包括可往返式高超声速飞行器头锥(17)、发散冷却系统、气膜冷却系统；

所述发散冷却系统，包括储水箱(1)、冷却水输送管路、冷液腔(5)、多孔壁面(6)及相应的附件系统；

所述气膜冷却系统，包括液氮罐(7)、气化装置(11)、加速装置(1³)、液氮输送管路、冷气腔(15)、气膜孔阵列(16)以及相应的附件系统；

所述冷却水输送管路，包括依次连接的泵(²)、第一流量计(3)以及相应管道；

所述冷却水输送管路，还包括设置于第一流量计(3)后的第一压力传感器(4)；

所述液氮罐(7)，为自增压的液氮罐；

所述液氮输送管路，包括依次连接的阀(8)、气化装置(11)、加速装置(13)、第二流量计(14)以及相应管道；

所述液氮输送管路，还包括设置于阀与气化装置之间的第二压力传感器(10)与第一温度传感器(9)；

所述液氮输送管路，还包括设置于气化装置与加速装置之间的第三压力传感器(12)；

所述高超声速飞行器头锥(17)，其表面分为两个区域，包含驻点的驻点区(18)和不包含驻点的非驻点区(19)；所述多孔壁面(6)设置于所述头锥表面驻点区(18)，且与设置于头锥驻点区内部的所述冷液腔(5)相连；所述气膜孔阵列(16)设置于所述头锥表面非驻点区(19)，且与设置于头锥非驻点区内部的所述冷气腔(15)相连；

所述头锥表面驻点区的边界线与所述飞行器头锥的中轴线(20)之间的夹角为25°；

所述发散与气膜双冷却系统，所述头锥表面驻点区(18)采用发散冷却，冷却剂为液态水，所述头锥表面非驻点区(19)采用气膜冷却，冷却剂为氮气；所述发散冷却系统与所述气膜冷却系统独立工作。

2.一种使用权利要求1中所述的发散冷却系统实现对所述头锥表面驻点区发散冷却的方法，其特征在于，其步骤为：

1)保证储水箱(1)中储存足量的液态冷却水后，启动所述泵(2)抽取冷却水，通过输送管路到达冷液腔(5)；

2)在冷液腔(5)中储存的冷却水经过多孔壁面(6)的减压汽化后排出，在所述头锥表面驻点区(18)形成保护气膜，同时冷却水汽化吸收热量，冷却所述头锥表面驻点区(18)。

3.如权利要求2所述的发散冷却的方法，其特征在于，还包括：

当所述第一压力传感器(4)返回的压力信号过低，即进入冷液腔(5)中的冷却水压力不足时，增大泵(2)的功率，确保进入冷液腔(5)中冷却水的压力足够高。

4.一种使用权利要求1中所述的气膜冷却系统实现对所述头锥表面非驻点区发散冷却的方法，其特征在于，其步骤为：

1)保证液氮罐(7)储存足量的高压液氮后，打开阀(8)，液氮通过气化装置(11)变为气体；

2)氮气经过加速装置(13)加速进入冷气腔(15)，在冷气腔中储存的氮气通过气膜孔阵列(16)排出，在头锥表面非驻点区形成保护气膜。

5.如权利要求4所述的气膜冷却的方法，其特征在于，还包括：

当所述第二压力传感器(10)返回的压力信号过低，即气化后的氮气压力不足时，增大阀(2)的开度，确保气化后的氮气压力足够高；当所述第一温度传感器(9)范围的温度信号过高，即气化后的氮气温度过高时，增大气化装置(11)的功率，确保气化后的氮气温度足够低；当所述第三压力传感器(12)返回的压力信号过低，即加速后的氮气压力不足时，增大加速装置的功率，确保加速进入冷气腔(15)的氮气压力足够高。

6.如权利1所述的发散与气膜双冷却系统，其特征在于，所述气膜孔阵列靠近驻点区的第一个气膜孔的中轴线与所述飞行器头锥的中轴线之间的夹角为5°到10°。

7.如权利1所述的发散冷却系统，其特征在于，所述多孔壁面的孔隙率在0.5至0.9之间，平均孔径在40μm到60μm之间。