一种延迟高超声速边界层转捩的流动控制方法与流程

本发明涉及一种延迟高超声速边界层转捩的流动控制方法，属于流动控制领域。

背景技术：

1、与层流边界层相比，湍流边界层的壁面摩阻和热流会增加3-5倍，发展边界层转捩延迟技术是高超声速飞行器设计的关键之一。边界层转捩过程一般由扰动波的线性增长所主导，一般采用型面控制、波纹壁控制技术和多孔壁面控制技术实现转捩的延迟，以上三种流动控制方法均存在适用范围有限和加工难度较大的问题。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题为：克服现有技术的不足，提供一种延迟高超声速边界层转捩的流动控制方法，可降低流场内不稳定扰动波的空间增长率，延迟边界层转捩，适用范围广，简单经济。

2、本发明解决的技术方案为：

3、一种延迟高超声速边界层转捩的流动控制方法，包括：

4、在高超声速飞行器表面喷涂一层粘性液体涂层，粘性液体涂层的粘度在500cps到1000cps之间；

5、粘性液体涂层在高超声速边界层流场剪切力作用下缓慢流动，在液体-气体界面处产生滑移速度，降低流场内不稳定扰动波的空间增长率，延迟边界层转捩；

6、边界层转捩延迟后，使得层流流动区域增大，从而降低高超声速飞行器表面气动力/热载荷。

7、优选的，粘性液体涂层可覆盖飞行器的整个表面，亦可只覆盖飞行器的局部区域。

8、优选的，粘性液体涂层在飞行前喷涂在飞行器表面；或在高超声速飞行过程中，通过飞行器表面的喷口将粘性液体喷出，使之在气流的作用下沿飞行器壁面向下游流动。

9、优选的，通过飞行器表面的喷口将粘性液体喷出时，严格控制粘性液体的喷出速度，保证喷出的粘性液体不超出当地边界层，不干扰边界层外的流场。

10、优选的，高超声速飞行器表面受到加工精度和安装的影响，存在较大的粗糙度，粘性液体涂层在表面自由流动时，粘性液体在凹陷处堆积较厚，在凸出处厚度较小，减小了飞行器表面的粗糙度。

11、优选的，粘性液体涂层在边界层底层内流动，在液体-气体界面处产生一个与边界层外气流速度方向一致的滑移速度，从而改变了边界层内速度型；边界层内速度型的改变，能够降低流场内不稳定扰动波的空间增长率，延迟边界层转捩。

12、优选的，粘性液体涂层厚度不超过飞行器表面边界层厚度的5％。

13、优选的，粘性液体的主要组分为二甲基硅油。

14、本发明与现有技术相比的优点在于：

15、1)本发明在高超声速飞行器表面喷涂粘性液体涂层，实现延迟边界层转捩的效果，该方法对来流条件无要求，适用范围广；

16、2)本发明采用高超声速飞行器的表面喷涂粘性液体涂层的方法实现转捩的控制，无需改变飞行器表面，实用性更强，简单经济，不干扰高超声速流场。

技术特征：

1.一种延迟高超声速边界层转捩的流动控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种延迟高超声速边界层转捩的流动控制方法，其特征在于：粘性液体涂层可覆盖飞行器的整个表面，亦可只覆盖飞行器的局部区域。

3.根据权利要求1所述的一种延迟高超声速边界层转捩的流动控制方法，其特征在于：粘性液体涂层在飞行前喷涂在飞行器表面；或在高超声速飞行过程中，通过飞行器表面的喷口将粘性液体喷出，使之在气流的作用下沿飞行器壁面向下游流动。

4.根据权利要求3所述的一种延迟高超声速边界层转捩的流动控制方法，其特征在于：通过飞行器表面的喷口将粘性液体喷出时，严格控制粘性液体的喷出速度，保证喷出的粘性液体不超出当地边界层，不干扰边界层外的流场。

5.根据权利要求1所述的一种延迟高超声速边界层转捩的流动控制方法，其特征在于：高超声速飞行器表面受到加工精度和安装的影响，存在较大的粗糙度，粘性液体涂层在表面自由流动时，粘性液体在凹陷处堆积较厚，在凸出处厚度较小，减小了飞行器表面的粗糙度。

6.根据权利要求1所述的一种延迟高超声速边界层转捩的流动控制方法，其特征在于：粘性液体涂层在边界层底层内流动，在液体-气体界面处产生一个与边界层外气流速度方向一致的滑移速度，从而改变了边界层内速度型；边界层内速度型的改变，能够降低流场内不稳定扰动波的空间增长率，延迟边界层转捩。

7.根据权利要求1所述的一种延迟高超声速边界层转捩的流动控制方法，其特征在于：粘性液体涂层厚度不超过飞行器表面边界层厚度的5％。

8.根据权利要求1所述的一种延迟高超声速边界层转捩的流动控制方法，其特征在于：粘性液体的主要组分为二甲基硅油。

技术总结
一种延迟高超声速边界层转捩的流动控制方法，在高超声速飞行器表面喷涂一层粘性液体涂层；液体涂层在表面自由流动，可减小表面粗糙度；粘性液体涂层在高超声速边界层流场剪切力作用下缓慢流动，在液体‑气体界面处产生一定的滑移速度，可降低流场内不稳定扰动波的空间增长率，延迟边界层转捩，增大层流流动区域，从而降低高超声速飞行器表面气动力/热载荷。该方法可有效解决高超声速边界层转捩延迟的难题，具有简单经济，适用范围广，不干扰高超声速流场的优点。

技术研发人员：沙心国,龙铁汉,郭跃,张隽研,曾德强,纪锋
受保护的技术使用者：中国航天空气动力技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15