[发明专利]具有热能利用系统的高超声速飞行器及其流动控制方法

权利要求书

1.一种具有热能利用系统的高超声速飞行器，其特征在于，包括飞行器以及设在所述飞行器上的热能利用模块与流动控制模块；

所述热能利用模块包括：

高压液态CO₂储箱，用于存储高压液态CO₂；

超临界CO₂储箱，与所述高压液态CO₂储箱通过第一管路相连，用于将高压液态CO₂转换为超临界CO₂；

超临界CO₂换热微通道，设在所述飞行器的头部，且所述超临界CO₂换热微通道的首端与所述超临界CO₂储箱通过第二管路相连，用于使超临界CO₂吸收所述飞行器头部的热能；

热能发电组件，与所述超临界CO₂换热微通道的尾端通过第三管路相连，用于将超临界CO₂携带的热能转换成电能存储后，使超临界CO₂转化为高压CO₂气体；

所述流动控制模块包括：

高压CO₂气体储箱，与所述热能发电组件通过第四管路相连，用于存储高压CO₂气体；

第一射流孔，设在所述飞行器的头部，且与所述高压CO₂气体储箱通过第五管路相连，以利用高压CO₂气体在所述飞行器的头部产生逆向射流，控制头部激波；

第二射流孔，设在所述飞行器的侧壁，且与所述高压CO₂气体储箱通过第六管路相连，以利用高压CO₂气体在所述飞行器的尾翼产生侧向射流，削弱尾翼激波及激波干扰。

2.根据权利要求1所述具有热能利用系统的高超声速飞行器，其特征在于，所述热能发电组件包括透平、发电机与蓄电池；

所述透平的输入端通过第三管路与所述超临界CO₂换热微通道的尾端相连，所述透平的输出端通过第四管路与所述高压CO₂气体储箱相连；

所述发电机与所述透平传动相连，所述发电机与所述蓄电池电性相连。

3.根据权利要求1所述具有热能利用系统的高超声速飞行器，其特征在于，所述超临界CO₂换热微通道为平直通道或Z字型通道或S型通道或翼型通道。

4.根据权利要求3所述具有热能利用系统的高超声速飞行器，其特征在于，所述超临界CO₂换热微通道的数量为20-100，且每一所述超临界CO₂换热微通道的直径为0.5-2mm。

5.根据权利要求1或2或3或4所述具有热能利用系统的高超声速飞行器，其特征在于，所述第一管路、所述第二管路、所述第三管路、所述第四管路、所述第五管路、所述第六管路均为内衬四氟、外侧不锈钢编制、外加弹簧保护的高压金属软管。

6.根据权利要求1或2或3或4所述具有热能利用系统的高超声速飞行器，其特征在于，所述第一管路、所述第二管路、所述第五管路、所述第六管路上均设有流量阀，用于控制所述热能利用模块与所述流动控制模块的流体流量。

7.根据权利要求6所述具有热能利用系统的高超声速飞行器，其特征在于，所述飞行器上设有电性相连的传感器组件与处理器；

所述传感器组件包括但不限于加速度计、静压传感器以及温度传感器，以用于获取所述飞行器的飞行环境相关数据；

所述处理器集成于所述飞行器控制系统内，且所述处理器与所述流量阀通信相连，以基于所述飞行器的飞行环境相关数据控制所述热能利用模块与所述流动控制模块的运行。

8.一种权利要求1至7任一项所述具有热能利用系统的高超声速飞行器的流动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，飞行器加速到超声速或以上时，控制高压液态CO₂储箱内的高压液态CO₂经由第一管路进入超临界CO₂储箱，并在超临界CO₂储箱加热转化为超临界CO₂；

步骤2，控制超临界CO₂储箱内的超临界CO₂经由第二管路进入超临界CO₂换热微通道，使超临界CO₂在飞行器的头部吸收大量热量后进入热能发电组件，将超临界CO₂携带的热能转换成电能，同时使超临界CO₂转化为高压CO₂气体后存储至高压CO₂气体储箱；

步骤3，基于飞行器的飞行环境相关数据控制高压CO₂气体储箱的高压CO₂气体经由第一射流孔在飞行器的头部位置产生逆向射流，控制头部激波，实现飞行器的头部减阻降热；和/或控制高压CO₂气体储箱的高压CO₂气体经由第二射流孔在飞行器的尾翼位置产生侧向射流，削弱尾翼激波及激波干扰，实现尾翼的减阻降热。