机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (14): 241-257.doi: 10.3901/JME.260545
潘利生1,2, 姚子康1,2, 穆白3, 魏小林1,2
PAN Lisheng1,2, YAO Zikang1,2, MU Bai3, WEI Xiaolin1,2
摘要: 飞行器在大气层内高速飞行时,巨大的气动热流和气动阻力对飞行器结构材料和推力构成严峻挑战,以CO2为工质的主动流动控制技术在降温减阻方面具有较大潜力。通过数值模拟方法,对飞行器头锥处CO2逆向射流的降温减阻特性开展了研究。在不同射流参数下,CO2射流前端可能出现凝华现象。当未出现凝华时,CO2降温减阻能力和常规工质区别较小;当出现凝华时,降温性能大幅提升,但减阻能力有所减弱。随射流CO2总温升高,凝华区固态CO2占比减小,同时脱体激波距离增大。受凝华现象影响,减阻效果随CO2射流总温的降低明显减弱;随射流总压增大,流场出现长射流与短射流的转变,钝体前压强呈现先减小后升高再减小的趋势,壁面St(斯坦顿数)则单调下降,降温效果不断提升;随着射流角度增大,射流的降温减阻效果不断减弱,当射流角度大于60°时,射流丧失了降温效果;随来流攻角增大,钝体迎风区和背风区的热环境和阻力环境不对称性增加,射流对迎风区的降温减阻效果减弱。
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