【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于高超聲速主動流動控制，具體涉及一種高超聲速飛行器的減阻防熱系統及方法。
技術介紹
1、高超聲速飛行器在極端高速條件下飛行時，面臨著兩個最為嚴峻的挑戰：巨大的阻力與強烈的氣動加熱。巨大的激波阻力會顯著增加飛行器的能量消耗，進而影響飛行器的航時與航程；強烈的氣動加熱使飛行器表面溫度急劇升高，進而導致材料的軟化與燒蝕。這兩個問題不僅限制了飛行器的飛行性能，還對其結構完整性和飛行穩定性構成了嚴重威脅。因此，設計和發展高效的減阻與熱防護系統是該領域的關鍵技術。
2、高超聲速流動控制技術在減阻與防熱方面應用廣泛，主要包括被動式流動控制與主動式流動控制。其中，被動流動控制無需外部能量輸入，依賴于固定的幾何形狀或材料特性來影響流動，其結構較為簡單可靠，但當飛行條件偏離設計工況時其控制效果可能會失效。主動流動控制是在物體流場中直接施加適當的擾動模式并與流動的內在模式相耦合來實現對流動的控制，其可根據飛行情況實時調整，靈活性高，適用性強。針對高超聲速巡航飛行器，其阻力與氣動熱環境存在量級高、持續時間長、復雜多變的特征，被動流動控制方式難以滿足其減阻與防熱需求，因此主動式流動控制方法是高超聲速飛行器減阻防熱設計時的優先選擇。
3、當前，主動式流動控制方法通常采用能量沉積方法，能夠實現優異的減阻效果；然而能量沉積方法因其在流場中引入了高能量，會導致飛行器在部分時段存在熱流增長的問題；同時，對于主流的采用脈沖激勵方式的能量沉積，其減阻過程尚存在一定的大沖擊問題以及阻力震蕩的特點。
4、由此可見，采用現有高
技術實現思路
1、本專利技術提供一種高超聲速飛行器的減阻防熱系統及方法，以解決采用現有高超聲速飛行器的減阻防熱措施，容易導致熱流增長以及產生大沖擊及阻力震蕩現象的技術問題。
2、為了達到上述目的，本專利技術采用如下
技術實現思路
：
3、第一方面，本專利技術提供一種高超聲速飛行器的減阻防熱方法，包括：
4、基于激光激勵方式，發射激光并聚焦于高超聲速飛行器前方，用于進行能量沉積；
5、在高超聲速飛行器周圍產生磁場，通過對流場施加洛倫茲力以實現對流場中流體的磁流體流動控制。
6、進一步地，
7、其中，先通過施加洛倫茲力對流場中流體進行磁流體流動控制；
8、當形成高超聲速穩態流場后，再進行能量沉積。
9、進一步地，
10、其中，磁流體流動控制過程與能量沉積過程同時進行。
11、進一步地，
12、施加的洛倫茲力滿足如下條件：
13、施加的洛倫茲力存在兩個分量，一個分量與流動方向相反，用于降低流動速度；另一個分量與流動方向垂直，用于增加激波脫體距離以及降低激波阻力。
14、進一步地，通過調節能量沉積的位置以及調節磁場方向改變高超聲速飛行器受到的氣動力，從而調節高超聲速飛行器的姿態與飛行軌跡。
15、進一步地，產生的磁場采用類偶極子磁場布局。
16、進一步地，
17、所述類偶極子磁場布局滿足以下條件：
18、
19、式中， b為磁場在 x， y， z三個方向上強度分量構成的矢量； b0為駐點處位置的磁場強度； rb為高超聲速飛行器半球體的半徑。
20、進一步地，
21、根據高超聲速飛行器飛行工況調節能量沉積過程中的能量沉積參數；所述能量沉積參數包括沉積位置、沉積中心區域尺寸、激光能量和激光脈沖寬度。
22、第二方面，本專利技術提供一種高超聲速飛行器的減阻防熱系統，用于實現上述高超聲速飛行器的減阻防熱方法，包括脈沖激光發生器和磁場發生裝置；
23、所述脈沖激光發生器設置于高超聲速飛行器的頭部，用于發射激光并聚焦于高超聲速飛行器前方，從而進行能量沉積；
24、所述磁場發生裝置與高超聲速飛行器相連，用于在高超聲速飛行器周圍產生磁場，通過對流場施加洛倫茲力以實現對流場中流體的磁流體流動控制。
25、進一步地，所述脈沖激光發生器和所述磁場發生裝置均設置于高超聲速飛行器的內部。
26、相比現有技術，本專利技術具有如下有益效果：
27、本專利技術提供了一種高超聲速飛行器的減阻防熱方法，本方法將能量沉積和磁流體流動控制兩種主動式流動控制方法相結合；能量沉積優異的減阻特性能夠為飛行器帶來良好的減阻效果，同時，能量沉積可作為輔助電離技術，通過提升流體電導率進而提高磁流體流動控制的磁控效果；磁流體流動控制突出的熱防護性能，在處理能量沉積過程引起的部分時段熱流增長后，為飛行器帶來優異的防熱效果；同時，磁場洛倫茲力的作用充分抑制了脈沖能量沉積帶來的阻力沖擊與震蕩問題；采用本方法實現了更佳的高超聲速減阻防熱效果，能夠有效地降低高超聲速飛行器受到的阻力并提高飛行器的熱防護能力，具有廣闊的應用前景。
28、優選地，本專利技術中，先通過洛倫茲力進行磁流體流動控制，形成穩定的流場后，再進行能量沉積；這樣順序控制的方法，使得磁流體流動控制的作用對阻力與熱流峰值的抑制更加顯著，進一步提升了減阻與防熱效果。
29、優選地，本專利技術中，磁流體流動控制與能量沉積過程同時進行，可以實現對流場的動態調控；這樣，能夠更靈活地應對飛行過程中可能出現的各種復雜情況；且磁流體流動控制的作用一定程度上抑制了阻力與熱流的峰值，保證了減阻與防熱效果。
30、優選地，本專利技術中，通過精確控制施加的洛倫茲力的方向和大小，可以實現對流場中流體速度和方向的精確調控；這種調控方式不僅有助于降低飛行器的阻力和熱負荷，還能通過調整激波脫體距離來優化飛行器的氣動性能；同時，也有助于提高飛行器的穩定性和操控性。
31、優選地，本專利技術中，通過調節能量沉積的位置以及調節磁場方向改變高超聲速飛行器受到的氣動力，從而調節高超聲速飛行器的姿態與飛行軌跡；即調整能量沉積激光輸出能量與施加的磁場強度，并控制兩種方法的組合時機，便可實現高超聲速飛行器最佳的阻力與熱流降低。
32、優選地，本專利技術中，采用類偶極子磁場布局可以產生更為均勻和穩定的磁場環境，有助于實現對流場中流體的精確控制；這種布局方式不僅提高了磁流體流動控制的效率和效果，還有助于降低能耗和成本。
33、優選地，本專利技術中，根據飛行工況調節能量沉積參數可以確保在不同飛行階段都能獲得最佳的減阻防熱效果；這種動態調控方式不僅提高了飛行器的適應性和靈活性，還有助于降低能耗和成本；同時，也有助于提高飛行器的可靠性和安全性。
34、本專利技術還提供了一種高超聲速飛行器的減阻防熱系統，用于實現上述高超聲速飛行器的減阻防熱方法，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種高超聲速飛行器的減阻防熱方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的高超聲速飛行器的減阻防熱方法，其特征在于，
3.根據權利要求1所述的高超聲速飛行器的減阻防熱方法，其特征在于，
4.根據權利要求1所述的高超聲速飛行器的減阻防熱方法，其特征在于，
5.根據權利要求1所述的高超聲速飛行器的減阻防熱方法，其特征在于，通過調節能量沉積的位置以及調節磁場方向改變高超聲速飛行器受到的氣動力，從而調節高超聲速飛行器的姿態與飛行軌跡。
6.根據權利要求1所述的高超聲速飛行器的減阻防熱方法，其特征在于，產生的磁場采用類偶極子磁場布局。
7.根據權利要求6所述的高超聲速飛行器的減阻防熱方法，其特征在于，
8.根據權利要求1所述的高超聲速飛行器的減阻防熱方法，其特征在于，
9.一種高超聲速飛行器的減阻防熱系統，用于實現權利要求1-8任一所述高超聲速飛行器的減阻防熱方法，其特征在于，包括脈沖激光發生器（3）和磁場發生裝置（4）；
10.根據權利要求9所述的高超聲速飛行器的減阻防熱系
...【技術特征摘要】
1.一種高超聲速飛行器的減阻防熱方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的高超聲速飛行器的減阻防熱方法，其特征在于，
3.根據權利要求1所述的高超聲速飛行器的減阻防熱方法，其特征在于，
4.根據權利要求1所述的高超聲速飛行器的減阻防熱方法，其特征在于，
5.根據權利要求1所述的高超聲速飛行器的減阻防熱方法，其特征在于，通過調節能量沉積的位置以及調節磁場方向改變高超聲速飛行器受到的氣動力，從而調節高超聲速飛行器的姿態與飛行軌跡。
6.根據權利要求1所述的高超聲速飛行器的減阻...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉振，孫也，黨天驕，杜昊煒，彭加力，朱永華，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：
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