本发明专利技术提供一种自适应抵御激波的超声速气膜冷却装置及使用方法，是在高超音速飞行器中高温部件在出现激波作用时，可以根据激波的出现和强度大小自适应的在激波作用区域注入和激波强度对应量的等离子体，实现抑制激波的破坏效果的超声速气膜冷却结构。该装置包括：超声速气膜冷却流通道、喷嘴、受保护壁面、压力监测管道、压力开关组、电源、电介质、电极A、电极B以及连接电路。通过压力监测管道将激波引起的流体压力升高引导至组合压力开关处，根据不同的激波强度连通组合压力开关中对应的不同电路，从而使电源开启并输出对应的电压值，在电极A和电极B之间产生等离子体，削弱激波对超声速气膜冷却的破坏作用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高超飞行器高温部件的热防护方法,特别是关于一种在高温超声速气流中存在强激波入射时壁面超声速气膜冷却的热防护方法。
技术介绍
气膜冷却自上世纪70年代开始作为航空燃气轮机的一种冷却方法使用以来，目前已成为了现代燃气轮机高温部件的主要冷却措施。在其他领域，气膜冷却作为一种有效的主动冷却方式也被广泛应用。由于气膜冷却结构简单、冷却效果好等特点，冷却气体切向喷入还能起到降低壁面摩擦的作用，气膜冷却还被纳入火箭高温部件冷却、高超声速飞行器热端部件冷却的考虑范围。超声速气膜冷却与亚声速情况下的气膜冷却存在差别，原因主要在于一方面超声速情况下气体可压缩的影响表现得更加明显；另一方面在超声速流场中，常常伴随着激波的出现，激波入射气膜边界层往往对超声速气膜冷却造成影响。已有研究表明，在强激波的入射情况下，激波将引起气膜冷却边界层分离，冷却流体和主流掺混增强，从而破坏超声速气膜冷却效率，有研究表明在强激波入射后，由于边界层的分离导致激波入射点后超声速气膜冷却不再起作用。在发生激波入射的情况下，通过改变壁面结构或者流场结构等，削弱激波对超声速气膜冷却的破坏作用对于超声速气膜冷却的实际应用具有重要意义。因此，发展和开发出能够自适应抑制流场中激波破坏的超声速气膜冷却结构对于其实用性具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能用于高超飞行器中热防护部件在出现激波作用时，可以根据激波的出现以及激波的强度自适应的产生等离子体注入气膜冷却边界层内，从而能有效的抵御激波对于超声速气膜冷却边界层破坏的超声速气膜冷却结构。超声速流场中，当局部流动参数或者结构的改变可能诱发产生激波，对于采用超声速气膜冷却的壁面而言，如果强激波入射到气膜冷却边界层上，此时原有设计的超声速气膜冷却结构有可能不能完全抑制住激波的破坏效果，冷却效果将降低甚至失效。为抑制激波的这种破坏作用，本专利技术的技术方案提供一种可以根据激波的出现以及激波强度的大小，自适应对激波作用区域气膜边界层注入一定量的等离子体，达到抑制激波的破坏效果。一种自适应激波作用的超声速气膜冷却装置，包括超声速气膜冷却流通道、喷嘴、受保护壁面、压力监测管道、压力开关组、电源、电介质、电极A、电极B以及连接电路。该装置包括：超声速气膜冷却流通道、喷嘴、受保护壁面、压力监测管道、压力开关组、电源、电介质、电极A、电极B以及连接电路；超声速气膜冷却流通道位于高温主流的流入侧下方，超声速气膜冷却流通道的端部设置有喷嘴，喷嘴用于喷入冷却气体对受保护壁面进行热保护，在受保护壁面易受到诱发的激波影响的区域设置电介质和电极B，电介质设置在受保护壁面中，电极B植入电介质下，电极A设置在电极B一侧，并靠近喷嘴，电极A贴附在受保护壁面上，电极A与电极B均与电源连接，压力监测管道为金属管道组成，其一端布置在受保护壁面监测点处，另一端布置在压力开关组上，压力开关组包括多个压力开关，每个压力开都与电源连接，根据不同的激波强度，可以连通不同的电路，不同的电路对应不同的电压值，从而产生不同量的等离子体，电源的电压输出值为多档，根据压力开关组连通的不同电路输出对应的电压值。冷却气体超声速气膜冷却流通道和喷嘴用于维持正常工况的热负荷，在实际运行过程中，冷却流体通过超声速气膜冷却流通道后经喷嘴平行于高温主流喷入，覆盖在受保护壁面上，从而对受保护壁面进行有效的热防护。压力监测管道为金属管道组成，根据实际结构选择合适的管道直径，其一端布置在受保护壁面监测点处，另一端布置在压力开关上。其功能在通过和受保护壁面直接接触，当局部受到激波的作用时，流体压力升高，通过压力监测管道可以将激波的高压传递至压力开关处，从而达到打开压力开关的作用。压力开关组通过合适的计算和设计，当流场中出现激波的情况下，根据不同的激波强度，可以连通不同的电路，不同的电路对应不同的电压值，从而可以最终产生不同量的等离子体。电源可以为交流电源或者直流电源，其电压输出值可以为多档，根据压力开关组连通的不同电路输出对应的电压值。电极A贴附在受保护壁面上，厚度不大于0.2毫米，电极B植入电介质下，电介质材料安装在受保护壁面中。本专利技术设计中，可以根据不同的激波强度产生不同量的等离子体，可以实现对多种强度激波的抵御作用。附图说明图1为本专利技术实施例的方案示意图；其中：1-高温主流；2-超声速气膜冷却流通道；3-冷却流喷嘴；4-压力监测管道；5-压力开关组；6-电源；7-电极A；8-电极B；9-电介质；10-受保护壁面；11-激波；12-高压区域。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。一种可以实现抑制激波的破坏效果的超声速气膜冷却装置，所述装置根据激波的出现和强度大小自适应的对气膜冷却边界层内注入相应量的等离子体。该装置包括：超声速气膜冷却流通道(2)、喷嘴(3)、受保护壁面(10)、压力监测管道(4)、压力开关组(5)、电源(6)、电介质(9)、电极A(7)、电极B(8)以及连接电路；超声速气膜冷却流通道(2)位于高温主流(1)的流入侧下方，超声速气膜冷却流通道(2)的端部设置有喷嘴(3)，喷嘴(3)用于喷入冷却气体对受保护壁面(10)进行热保护，在受保护壁面(10)易受到诱发的激波影响的区域设置电介质(9)和电极B(8)，电介质(9)设置在受保护壁面(10)中，电极B(8)植入电介质(9)下，电极A(7)设置在电极B(8)一侧，并靠近喷嘴(3)，电极A(7)贴附在受保护壁面(10)上，电极A(7)与电极B(8)均与电源(6)连接，压力监测管道(4)为金属管道组成，其一端布置在受保护壁面监测点处，另一端布置在压力开关组(5)上，压力开关组(5)包括多个压力开关，每个压力开都与电源(6)连接，根据不同的激波强度，可以连通不同的电路，不同的电路对应不同的电压值，从而产生不同量的等离子体，电源(6)的电压输出值为多档，根据压力开关组连通的不同电路输出对应的电压值。本专利技术装置实际应用中，其运行原理过程如下步骤：1)超声速流场中，正常情况下，当高温主流1流入通道后，通过超声速气膜冷却流通道2引入冷却流体经冷却流喷嘴3喷入冷却气体对受保护壁面10进行热保护；2)由于局部流动参数或者结构的变化，诱发激波11的入射，导致冷却气体边界层内压力升高，形成高压区域12，激波的入射将破坏冷却气体边界层，是冷却气体边界层分离，从而导致冷却效果下降；此时，受保护壁面的压力监测管道4中流体由于和激波作用区域相连，其流体压力急剧升高；3)压力监测管道4中的流体压力升高后，高压流体将打开压力开关组5中对应的某一个压力开关，进而连通根据不同的压力等级对应的不同电压值的电路；4)压力开关组5打开后，电源6将启动，在电极A和电极B之间形成一定的电压，不同等级的电压将产生不同量的等离子体；等离子体产生后，在电极A与电极B的作用下，等离子体中的离子在电场的作用下顺电场方向运动，与空气中的气体分子碰撞，并将动量传递给气体分子，使气流加速，同时还将引发冲击效应以及物性改变等作用，从而防止边界层分离，抵御激波对超声速气膜冷却的破坏；5)当激波强度变弱或者消失后，此时压力监测区域12的流体压力下降，压力监测管道4中流体压力本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可以实现抑制激波的破坏效果的超声速气膜冷却装置，所述装置根据激波的出现和强度大小自适应的对气膜冷却边界层内注入相应量的等离子体，其特征在于该装置包括：超声速气膜冷却流通道(2)、喷嘴(3)、受保护壁面(10)、压力监测管道(4)、压力开关组(5)、电源(6)、电介质(9)、电极A(7)、电极B(8)以及连接电路；超声速气膜冷却流通道(2)位于高温主流(1)的流入侧下方，超声速气膜冷却流通道(2)的端部设置有喷嘴(3)，喷嘴(3)用于喷入冷却气体对受保护壁面(10)进行热保护，在受保护壁面(10)易受到诱发的激波影响的区域设置电介质(9)和电极B(8)，电介质(9)设置在受保护壁面(10)中，电极B(8)植入电介质(9)下，电极A(7)设置在电极B(8)一侧，并靠近喷嘴(3)，电极A(7)贴附在受保护壁面(10)上，电极A(7)与电极B(8)均与电源(6)连接，压力监测管道(4)为金属管道组成，其一端布置在受保护壁面监测点处，另一端布置在压力开关组(5)上，压力开关组(5)包括多个压力开关，每个压力开都与电源(6)连接，根据不同的激波强度，可以连通不同的电路，不同的电路对应不同的电压值，从而产生不同量的等离子体，电源(6)的电压输出值为多档，根据压力开关组连通的不同电路输出对应的电压值。...
【技术特征摘要】
1.一种可以实现抑制激波的破坏效果的超声速气膜冷却装置，所述装置根据激波的出现和强度大小自适应的对气膜冷却边界层内注入相应量的等离子体，其特征在于该装置包括：超声速气膜冷却流通道(2)、喷嘴(3)、受保护壁面(10)、压力监测管道(4)、压力开关组(5)、电源(6)、电介质(9)、电极A(7)、电极B(8)以及连接电路；超声速气膜冷却流通道(2)位于高温主流(1)的流入侧下方，超声速气膜冷却流通道(2)的端部设置有喷嘴(3)，喷嘴(3)用于喷入冷却气体对受保护壁面(10)进行热保护，在受保护壁面(10)易受到诱发的激波影响的区域设置电介质(9)和电极B(8)，电介质(9)设置在受保护壁面(10)中，电极B(8)植入电介质(9)下，电极A(7)设置在电极B(8)一侧，并靠近喷嘴(3)，电极A(7)贴附在受保护壁面(10)上，电极A(7)与电极B(8)均与电源(6)连接，压力监测管道(4)为金属管道组成，其一端布置在受保护壁面监测点处，另一端布置在压力开关组(5)上，压力开关组(5)包括多个压力开关，每个压力开都与电源(6)连接，根据不同的激波强度，可以连通不同的电路，不同的电路对应不同的电压值，从而产生不同量的等离子体，电源(6)的电压输出值为多档，根据压力开关组连通的不同电路输出对应的电压值。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述超声速气膜冷却流通道(2)、喷嘴(3)用于承担正常热负荷工况。3.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：通过压力监测管道中的流体压力来实现压力开关组(5)的启闭，根据不同强度的激波引起的压力可以打开压力开关组(5)对应的某一个压力开关，从而连通其对应的电路，当激波减弱或者消失时，压力监测管道中流体的压力不足以打开压力开关，电路关闭。4.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜培学，彭威，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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