[发明专利]高超声速飞行器光学窗口两级冷却系统及其应用方法

权利要求书

1.一种高超声速飞行器光学窗口两级冷却系统，其特征在于：包括二氧化碳高压储罐（1）、控制阀门（2）、驱动泵（3）、连接管路（4）、微通道阵列（5）、超声速喷管（6）；高压储罐（1）、控制阀门（2）、驱动泵（3）、连接管路（4）、超声速喷管（6）依次相连，微通道阵列（5）位于驱动泵（3）和超声速喷管（6）之间，驱动泵（3）、微通道阵列（5）、超声速喷管（6）分别由连接管路（4）连接；所述的微通道阵列（5）加工在探测器光学窗口（7）内部，光学窗口（7）的上下游分别设有上游隔热层（10）、下游隔热层（9），上游隔热层（10）位于高温来流方向，并且高出光学窗口（7），下游隔热层（9）和光学窗口（7）齐平；所述的超声速喷管（6）的出口位于上游隔热层（10）高出光学窗口（7）的部分，喷向光学窗口（7）下游；

所述的高超声速飞行器光学窗口两级冷却系统的应用方法，在高压储罐（1）内二氧化碳为低温液态，当高超声速飞行器进入高速飞行状态时，高速气流在飞行器前部减速，其动能逐渐转化为内能，在飞行器表面形成高温激波，在热对流、热辐射的影响下，探测器光学窗口（7）的温度将迅速升高，当光学窗口（7）温度超过设定的临界值时，开启控制阀门（2）与驱动泵（3），将液态二氧化碳泵送入光学窗口（7）内的微通道阵列（5），在微通道入口段，强烈的对流换热使得二氧化碳的温度迅速升高，二氧化碳的状态从液态迅速转变至超临界态，离开微通道入口段的超临界态二氧化碳在微通道阵列（5）内继续进行对流换热作用，带走输入微通道阵列（5）的热量，实现了第一级冷却；随后，吸热、升温后的超临界二氧化碳流出微通道，流入超声速喷管（6），在超声速喷管（6）内经历膨胀、加速、降温过程后，这部分低速、高温的超临界二氧化碳转变为高速、低温的气态二氧化碳贴壁射流充当隔绝气膜，并与外界高温高速来流产生强剪切作用，形成剪切层，从而降低探测器光学窗口（7）的输入热流密度，达到第两级冷却的效果；

根据高温来流静压，调节驱动泵（3）的泵送压力，使超声速喷管（6）出口气流的静压与来流的静压相等，实现剪切层两侧的压力匹配，从而延迟转捩，减小了光学图像在穿过剪切层时的畸变。