飞行器表面气动加热抑制方法_层流控制技术.pdf

情报交流 　 飞行器表面气动加热抑制方法 ———层流控制技术 王 　菲 　　额 日其太 　　王 　强 　　摘 　要 　采用边界层流动控制方法可以有效抑制气动 动加热通常发生于飞行器外表面的大部分区域 , 减 热的生成 ,减少热流向壁面的传递 , 从而降低飞行器表面温 小壁面摩擦 , 就可以减小第二类气动加热 。 度和热流 。由层流控制的机理入手 , 分析了流动稳定性理论 在相同条件下 , 层流摩擦阻力远远低于湍流摩 在层流控制中的作用 , 并列举了目前常用的转捩预测方法 。 擦阻力 , 层流边界层的气动加热也显著低于湍流的 在多种层流控制方法中 , 重点介绍了混合层流控制和微尺 [ 1 ] 气动加热 。通常情况下 , 飞行器表面的绝大部分 度粗糙元层流控制 。 为湍流边界层 。采用一定的控制措施 , 延迟边界层 　　关键词 　气动加热 　　流动稳定性 　　层流控制 　　 转捩 转捩 , 使飞行器表面保持大面积层流区的技术称为 层流控制技术 。层流控制技术是非常有效的减小摩 引　言 擦阻力的措施 , 因此也可以显著减小表面的气动加 飞行速度不断提高使飞机和导弹的气动加热问 热 。 题变得越来越重要 。气动加热导致飞行器外表面温 本文主要介绍抑制飞行器表面气动加热的层流 度显著升高 , 对结构安全有很大影响 , 也使飞行器 控制技术的作用和方法 , 以及为实现层流控制所采 外表面的红外信号显著增大 , 不利于飞行器隐身 。 用的稳定性分析和转捩预测方法 。 降低外表面温度 , 需要两个相辅相成的措施 ——— “开源节流 ”。“开源 ”是指采用内部主动冷却 , 将外 1　层流控制分析方法及转捩预测方法 表面的热量传递出去 , 使外表面温度降低 ; “节流 ” 层流控制技术旨在扩大层流区域 , 利用层流与 是指采取一定的措施 , 减小外表面的气动加热 。 湍流边界层流动特性的不同 , 减小边界层中的高温 根据热产生机理的不同 , 飞行器表面的气动加 层向壁面热量的传输 。 热可以分成两大类 。一类是 由于气体受到强烈压 Ca se W e stern R e serve大学的 E li R e shotko 等研 缩 , 动能转化成热能 , 气体温度升高 , 对壁面产生 究人员在 2008 年南大西洋公约组织的专题报告中 强烈的加热作用 。这类气动加热通常发生于飞行器 指出 , 由于 NA SP计划中的飞行器外形采用轴对称 的头部和前缘附近等局部区域 ; 第二类是由于壁面 造型 , 在有攻角的情况下 , 将会产生第二或更高模 的摩擦作用 , 边界层中气体的动能转化成热能 , 气 式的不稳定性 , 增加抑制气动加热的困难 。而 X 43 ( ) 体温度升高 , 对壁面产生强烈的加热作用 。这类气 飞行器的造型 见图 1 则充分考虑了转捩对飞行器 本文 200912 0 1收到 , 作者分别系北京航空航天大学博士 、副教授 、教授 飞航导弹 　20 10年第 2 期