北京理工大学赵瑞获国家专利权
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龙图腾网获悉北京理工大学申请的专利基于轻质惰性气体引射的高超声速弹体表面减阻降热方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN115640646B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-12发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202211311911.7,技术领域涉及:G06F30/15;该发明授权基于轻质惰性气体引射的高超声速弹体表面减阻降热方法是由赵瑞;左政玄;杨光;李宇设计研发完成,并于2022-10-25向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于轻质惰性气体引射的高超声速弹体表面减阻降热方法在说明书摘要公布了:本发明公开的基于轻质惰性气体引射的高超声速弹体表面减阻降热方法,属于航空航天领域。本发明实现方法为:在弹体前端部分位置处设置轻质惰性气体引射区域,根据三维NS方程和壁面动量守恒方程求解出引射壁面处的密度、压力、壁面引射速度,并设置轻质惰性气体引射边界条件;在满足高超声速来流条件下且满足构建的引射边界条件下,在弹体引射区域主动向外进行轻质惰性气体质量引射,利用轻质惰性气体使得弹体表面密度降低,减小弹体表面处速度梯度,降低引射区和引射区下游的摩擦阻力;引射出的轻质惰性气体还能够将飞行器表面激波外推,使得激波更加远离弹体表面,壁面处温度梯度减小,降低壁面热流,减小弹体表面气动热和摩擦阻力。
本发明授权基于轻质惰性气体引射的高超声速弹体表面减阻降热方法在权利要求书中公布了:1.基于轻质惰性气体引射的高超声速弹体表面减阻降热方法,其特征在于:包括如下步骤: 步骤一:在马赫数Ma大于12、飞行高度在35~80Km的来流条件下,构建热力学模型、输运模型和化学反应模型,构建轻质惰性气体选取模型; 步骤二:根据三维NS方程和壁面动量守恒方程,结合步骤一构建的热力学模型、输运模型、和化学反应模型求解出引射壁面处的密度、压力、壁面引射速度,根据密度、压力、壁面引射速度构建轻质惰性气体引射边界条件; 构建光滑壁面边界条件: 在粘性流计算中,壁面满足无滑移边界条件,即u=v=w=0; 对于等温壁情况,设壁面温度为Tw,有Tw=T=Tv; 非催化壁条件: 完全催化壁条件:Ys,w=Ys,∞,s=1,...,ns; 选取Maxwell的经典一阶滑移边界条件: 其中,s代表滑移量,w代表壁面参量;n为壁面外法向矢量;分子平均自由程; σ和α分别为切向动量调节系数和能量调节系数,σ,α∈[0,1];对切向动量调节系数,σ=0时对应气体分子在壁面完全镜面反射,σ=1则对应完全漫反射壁面;切向动量调节系数表征反射分子的温度多大程度上“适应”了物面的温度,α=0对应入射分子完全没有适应物面温度,即入射分子与壁面之间完全不发生能量交换,而α=1对应于完全热适应的情况,即入射分子将所携带能量全部交给壁面; 步骤三:在步骤一预设轻质惰性气体,根据步骤二构建的轻质惰性气体引射边界条件,进行求解,在满足步骤一所述的高超声速来流条件下且满足构建的引射边界条件下,选取确定轻质惰性气体各组分质量分数、质量流率; 步骤四:根据步骤三确定轻质惰性气体组分和质量分数,通过在弹体前端部分位置处设置主动轻质惰性气体引射区域,在满足高超声速来流条件下且满足构建的引射边界条件下,能够在弹体引射区域向外主动进行轻质惰性气体质量引射,利用弹体表面引射出的轻质惰性气体使得弹体表面密度降低,并减小弹体表面处速度梯度,进而降低引射区和引射区下游的摩擦阻力;此外,弹体表面引射出的轻质惰性气体还能够将高超声速飞行器表面激波外推,使得激波更加远离弹体表面,壁面处温度梯度减小; 天然惰性气体包括:氦He、氖Ne、氩Ar、氪Kr、氙Xe; Xi<Xair14 上式中Xi为预选气体的单位体积摩尔数;Xair为空气的单位体积摩尔数; 轻质惰性气体的减阻效果随引射质量分数增大而增大,通过自主选择轻质惰性气体种类和质量分数,选取轻质惰性气体的质量分数Yws在80%~100%之间且满足公式14所述条件。
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