鈍頭體減阻之長釘減阻
鈍頭體相比尖頭體具有高容積結構特性且氣動加熱相對平緩,在以超聲速或高超聲速飛行的導彈、太空梭、可重複使用運載器、星際太空飛行器等設計中,鈍頭體是常見的氣動佈局形式。
在超聲速或高超聲速飛行時,鈍頭體產生的脫體弓型激波是迎風面表面壓力增高並導致阻力增大和氣動加熱水平提高的主要原因,改變鈍頭體前的強激波流場形態能夠達到減阻和降低氣動加熱的目的。
自上世紀 50年代以來,國外針對鈍頭體減阻開展了持續探索研究,提出了鈍頭體附加長釘( 也稱為激波桿、減阻桿) ,逆向吹氣,激光束或微波束射流、等離子炬或電弧放電等駐點能量 注入、甚至鈍頭體超聲速射彈等減阻概念。
長釘減阻
在鈍頭體上附加長釘,鈍頭體繞流流場將發生改變:
1) 原鈍頭體的強弓型激波被長釘推離鈍頭體表面轉變成斜激波;
2) 鈍頭體上將產生再附激波;
3) 在長釘頭至根部將形成低壓迴流區。從而達到鈍頭體減阻和降低原駐點表面熱流的效果。
長釘使鈍頭體的流場變得更加複雜,減阻降熱的效果與長釘的長度及頭部形態密切相關,因為長釘的這些參數直接影響其形成的激波形態及與鈍頭體再附激波的幹擾位置。因此,長期以來的研究主要集中在根據鈍頭體的具體形狀優化長釘長度及其頭部形狀,以達到最佳減阻效果。長釘頭部形狀主要有半圓頭、平頭、錐頭等。
長釘減阻概念是一種被動流動控制技術,自 20世紀 50 年代以來,國外進行了大量風洞試驗和數值計算研究。該概念在美國三叉戟 I 型彈道導彈上得到應用,三叉戟 I 型導彈設計了可伸縮的長釘,在高超聲速飛行時,減阻效果達到 52% 。
儘管尖頭體相比鈍頭體具有更低的阻力,但卻面臨更嚴重的氣動加熱問題,增加防熱系統將大幅抵消尖頭體的低阻力優勢。
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