[發明專利]基于磁流體流動控制的軸對稱再入飛行器熱防護方法

在審

• 申請號: 202011403472.3
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112498659A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 王江峰;王丁;李龍飛;楊天鵬;康明;張棱尹
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64C1/38
• 分類號: B64C1/38;B64C30/00;H01F7/20
• 代理公司: 蘇州潤桐嘉業知識產權代理有限公司 32261
• 代理人: 徐鳴

1.一種基于磁流體流動控制的軸對稱再入飛行器熱防護方法，其特征在于：

再入飛行器近壁面區域的磁場由多個通電多邊形線圈組合成的線圈網絡生成。線圈網絡覆蓋再入飛行器外殼的內表面，局部磁場的拓撲結構由該區域的線圈數量、幾何形狀共同決定，局部磁場的強度可通過改變線圈的電流強度進行調節。設計的磁場產生的洛倫茲力改變了再入飛行器激波后電離氣體的運動，減小了再入飛行器表面的熱流，從而提高了飛行器的熱防護能力。

2.根據權利要求1所述的一種基于磁流體流動控制的軸對稱再入飛行器熱防護方法，其特征在于：包括以下步驟，

步驟一：根據再入飛行器的再入彈道確定氣動熱最嚴重的飛行工況，根據該飛行工況下飛行器表面的熱流分布及隔熱材料所能承受的最大熱流確定熱防護方案的設計指標；

步驟二：根據氣動熱最嚴重的工況下再入飛行器表面的熱流分布、飛行器內部空間限制及熱防護設計指標等條件，在飛行器外殼內側根據外殼的幾何特征布置線圈，形成線圈網絡，使得線圈在壁面處產生的磁場方向盡可能與壁面垂直。初始設計的線圈網絡應含有盡量少的線圈，且相鄰線圈中的電流方向相反，以獲得最大的磁場強度；

步驟三：計算線圈網絡產生的磁場并對其防熱性能進行測試。根據測試結果在高熱流持續范圍較大的區域增加線圈數量，經過反復迭代測試確定最終的線圈布置方法；

步驟四：根據再入飛行器的再入彈道確定熱防護方案的工作范圍。在步驟三設計的線圈網絡的基礎上，根據工作范圍內不同飛行工況的防熱指標確定各工況下線圈網絡的電流分布。

最終的熱防護方案包括線圈網絡的構型及其在工作范圍內各個飛行工況下對應的電流分布。

3.根據權利要求2所述的一種基于磁流體流動控制的軸對稱再入飛行器熱防護方法，其特征在于：步驟三中線圈網絡產生的磁場的計算方法具體為：對于空間中某一點，通過線性疊加原理將線圈網絡在該點產生的磁感應強度矢量轉化為每個多邊形線圈的每個通電平板在該點產生的磁感應強度矢量，每個通電平板產生的磁感應強度矢量根據畢奧-薩伐爾特定律進行積分計算。

4.根據權利要求1所述的一種基于磁流體流動控制的軸對稱再入飛行器熱防護方法，其特征在于：通過改變飛行器表面不同區域線圈的開關狀態可以改變飛行器所受的氣動力，進而對飛行器的姿態和飛行軌跡進行調節。

5.根據權利要求1所述的一種基于磁流體流動控制的軸對稱再入飛行器熱防護方法，其特征在于：再入飛行器飛行姿態的變化將引起最大熱流位置的改變，根據每一時刻再入飛行器表面的熱流分布改變線圈網絡的電流密度分布，可以使得熱防護裝置始終保持最佳的防熱效果。