[发明专利]一种激光降低IV型激波干扰热载和波阻的方法

摘要

本发明利用激光能量加载击穿流场形成准静态波的技术，提供了一种控制IV型激波干扰以降低热载和波阻的方法，该方法包含预估IV型激波干扰位置和强度步骤、激光束整形为片光步骤、准静态波形成步骤和控制IV型激波干扰隔热减阻步骤。第一步，求解NS方程对流场进行数值模拟，或者根据马赫和雷诺相似准则进行风洞试验，判断流场是否发生IV型激波干扰，干扰位置及强度；第二步，利用多种反射镜和透镜组合，将激光束整形为片光；第三步，优化激光能量注入大小、位置和频率，形成准静态波；第四步，准静态波与IV型激波干扰相互作用，弓形激波发生畸变，钝头体表面附近形成准静态波，实现隔热减阻一体化。

主权项

一种激光降低IV型激波干扰热载和波阻的方法，包含以下步骤：步骤一、预估IV型激波干扰发生位置及强度在超声速或高超声速流场中，利用纹影或阴影实验、数值模拟等方法获得飞行器流场状态，根据斜激波和弓形激波相互作用情况判断IV型激波干扰是否发生、相互作用位置及强度；步骤二、将激光束整形为片光利用光束传输与变换系统，将激光源整形为片光，入射至流场指定位置，该系统主要包括高反镜、凹柱面镜、矩形狭缝和凸柱面镜等组件，激光由激光器输出后，先后经高反镜反射、凹柱面镜扩束、矩形狭缝整形及凸柱面镜会聚，形成片光进入待测流场；步骤三、将片光聚焦击穿来流，形成准静态波利用柱凸透镜聚焦激光片光，在沿进气道唇口上游延长线与第一道前体斜激波交点处击穿来流形成点爆炸波结构，激光输出功率大小为0.2至0.6倍的来流焓值H，H＝ρ_∞c_pT_∞V_∞(2R)²，其中c_p为定压比热，R为钝头体半径，ρ_∞、T_∞和V_∞分别为自由流密度、温度和速度，对于脉冲式激光器，根据来流速度选择激光频率，使得单脉冲激光引致的点爆炸波合并形成准静态波；步骤四、准静态波与IV型激波干扰相互作用，降低热载和波阻准静态波与IV型激波干扰结构中的弓形激波相互作用，引起弓形激波变形，脱体距离增大，IV型激波干扰强度减弱，在钝头体表面附近形成相对低压低温区域，降低热载，准静态波改变了钝头体气动外形，锥形激波代替了未施加激光能量时的弓形激波，波阻显著降低。