[發明專利]高超聲速飛行器光學窗口兩級冷卻系統及其應用方法

有效

• 申請號: 202110503300.1
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113277100B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 邱云龍;陳偉芳;胡文杰;吳昌聚
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B64D47/00
• 分類號: B64D47/00;B64C30/00;F25B25/00;F25B19/00;F25B9/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

1.一種高超聲速飛行器光學窗口兩級冷卻系統，其特征在于：包括二氧化碳高壓儲罐（1）、控制閥門（2）、驅動泵（3）、連接管路（4）、微通道陣列（5）、超聲速噴管（6）；高壓儲罐（1）、控制閥門（2）、驅動泵（3）、連接管路（4）、超聲速噴管（6）依次相連，微通道陣列（5）位于驅動泵（3）和超聲速噴管（6）之間，驅動泵（3）、微通道陣列（5）、超聲速噴管（6）分別由連接管路（4）連接；所述的微通道陣列（5）加工在探測器光學窗口（7）內部，光學窗口（7）的上下游分別設有上游隔熱層（10）、下游隔熱層（9），上游隔熱層（10）位于高溫來流方向，并且高出光學窗口（7），下游隔熱層（9）和光學窗口（7）齊平；所述的超聲速噴管（6）的出口位于上游隔熱層（10）高出光學窗口（7）的部分，噴向光學窗口（7）下游；

所述的高超聲速飛行器光學窗口兩級冷卻系統的應用方法，在高壓儲罐（1）內二氧化碳為低溫液態，當高超聲速飛行器進入高速飛行狀態時，高速氣流在飛行器前部減速，其動能逐漸轉化為內能，在飛行器表面形成高溫激波，在熱對流、熱輻射的影響下，探測器光學窗口（7）的溫度將迅速升高，當光學窗口（7）溫度超過設定的臨界值時，開啟控制閥門（2）與驅動泵（3），將液態二氧化碳泵送入光學窗口（7）內的微通道陣列（5），在微通道入口段，強烈的對流換熱使得二氧化碳的溫度迅速升高，二氧化碳的狀態從液態迅速轉變至超臨界態，離開微通道入口段的超臨界態二氧化碳在微通道陣列（5）內繼續進行對流換熱作用，帶走輸入微通道陣列（5）的熱量，實現了第一級冷卻；隨后，吸熱、升溫后的超臨界二氧化碳流出微通道，流入超聲速噴管（6），在超聲速噴管（6）內經歷膨脹、加速、降溫過程后，這部分低速、高溫的超臨界二氧化碳轉變為高速、低溫的氣態二氧化碳貼壁射流充當隔絕氣膜，并與外界高溫高速來流產生強剪切作用，形成剪切層，從而降低探測器光學窗口（7）的輸入熱流密度，達到第兩級冷卻的效果；

根據高溫來流靜壓，調節驅動泵（3）的泵送壓力，使超聲速噴管（6）出口氣流的靜壓與來流的靜壓相等，實現剪切層兩側的壓力匹配，從而延遲轉捩，減小了光學圖像在穿過剪切層時的畸變。