最新录用 | 高超声速飞行器柔性蒙皮前缘气动热控制

Xiaozhou Lü, Chao YUAN, Weimin BAO, Guanghui BAI & Fancheng MENG. Numerical and experimental investigation on aerodynamic heat control over leading edge of hypersonic vehicle's flexible skin. Sci China Inf Sci, 2021, DOI: 10.1007/s11432-021-3312-4

本文以人体皮肤的汗腺结构为灵感，开发了一种柔性皮肤，用于高超声速变形飞行器的超热防护。采用有限元分析方法研究了不同冷却液和冷却流量对前缘冷却性能的影响。在热通量Q=700kW/m^2的高温下进行了风洞试验，结果表明：（1）柔性蒙皮能有效降低高超声速飞行器的表面温度；(2）当使用液态水作为冷却介质时，柔性蒙皮的冷却效率大大优于氩气；(3）当使用液态水作为冷却介质时，冷却效果在流速为0.01 m/s时达到峰值，进一步增加流速不会显著提高冷却效率；(4）柔性蒙皮能够承受极端的热环境，证明了其在高超声速变形飞行器超限热防护应用中的可行性。本研究旨在优化超热保护柔性蒙皮的冷却性能，所提出的蒙皮可以克服具有变形特性的柔性材料的耐热极限，为其在高超声速变形飞行器中的应用奠定了理论和实验基础。 

上图展示了发汗冷却系统。当冷却剂被注入多孔皮肤基质时，它会从密集的微通道中溢出，形成一层保护性薄膜覆盖在受热表面。该工艺可有效降低热主流对表面的热冲击。

上图(a)展示了近空间高速等离子体的实验装置，(b)是试验段的示意图，包括水箱、泵、试验段和测量温度、压力和电力输入的设备。本研究所使用的设备可以提供低压和高温热流，以实现高超声速飞行器的模拟飞行环境。首先，高纯度氩被输送到电加热段；然后加速热流，使其通过收缩段并注入试验皮肤表面。

上述实验结果表明，柔性蒙皮能够承受极端的热环境，验证了具有超极限热保护特性的柔性蒙皮的可行性。

最新录用文章未经编辑加工，可能会与最终出版文章有微小差异。本文内容均来自于作者提交最终版稿件英文原文，中文文字为编辑翻译加工，请以作者英文原文为准。点击下方阅读原文按钮可获取文章预发表版本。

《中国科学：信息科学》| SCIENCE CHINA Information Sciences

及时报道计算机科学与技术、控制科学与控制工程、通信与信息系统、微电子与固体电子学等领域基础与应用研究方面的原创性成果.

英文版投稿: https://mc03.manuscriptcentral.com/scis

中文版投稿:  https://www.scicloudcenter.com/SSI/login/index

快速访问: http://scis.scichina.com/