本發(fā)明屬于熱防護(hù)彈頭教學(xué)模型，具體涉及一種熱防護(hù)彈頭教學(xué)模型。

背景技術(shù)：

1、高超聲速導(dǎo)彈在飛行過程中會擠壓周圍空氣引起嚴(yán)重的氣動熱問題，導(dǎo)彈周圍附面層內(nèi)的高溫空氣會和導(dǎo)彈進(jìn)行對流傳熱，引起彈體部壁面溫度急劇增加。當(dāng)彈體部壁面溫度超過材料的耐溫極限，若果不采取有效的熱防護(hù)措施，將造成導(dǎo)彈燒蝕，氣動外形改變，而且過高的溫度會嚴(yán)重影響導(dǎo)彈內(nèi)部電子元器件的穩(wěn)定工作。目前，導(dǎo)彈熱防護(hù)系統(tǒng)可分為：主動式熱防護(hù)系統(tǒng)、被動式熱防護(hù)系統(tǒng)以及半主動式熱防護(hù)系統(tǒng)。

2、主動式熱防護(hù)系統(tǒng)主要通過冷卻劑實現(xiàn)保護(hù)導(dǎo)彈彈體部的目的，一般應(yīng)用蒸發(fā)冷卻和氣膜冷卻，氣膜冷卻是通過冷卻劑在彈體部表面形成冷卻氣膜，減少外部高溫空氣的熱量向?qū)梼?nèi)部傳遞；蒸發(fā)冷卻是利用冷卻劑相變吸熱將導(dǎo)彈的熱量傳遞給制冷劑，從而達(dá)到降低導(dǎo)彈溫度的目的，氣膜冷卻和蒸發(fā)冷卻的不可控性較強，穩(wěn)定性較差；

3、被動式熱防護(hù)系統(tǒng)主要通過隔熱層和熱沉結(jié)構(gòu)實現(xiàn)保護(hù)導(dǎo)彈彈體部的目的，這種系統(tǒng)在導(dǎo)彈高超聲速飛行熱流密度較大時表現(xiàn)較差；

4、半主動式熱防護(hù)系統(tǒng)主要通過熱管和燒蝕冷卻實現(xiàn)保護(hù)導(dǎo)彈彈體部的目的，能夠在導(dǎo)彈高超聲速飛行時形成有效的熱防護(hù)，但是僅能支持彈體部短時間內(nèi)飛行；因此，高性能、長時間、高穩(wěn)定的高超聲速導(dǎo)彈熱防護(hù)系統(tǒng)是本領(lǐng)域需要解決的難點問題。

5、基于上述導(dǎo)彈熱防護(hù)中存在的技術(shù)問題，尚未有相關(guān)的解決方案；因此迫切需要尋求有效方案以解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對上述技術(shù)中存在的不足之處，提出一種熱防護(hù)彈頭教學(xué)模型，旨在模擬解決現(xiàn)有導(dǎo)彈熱防護(hù)性能差的問題。

2、本發(fā)明提供一種熱防護(hù)彈頭教學(xué)模型，所述彈頭包括彈體和液態(tài)工質(zhì)儲存裝置；彈體包括彈體部和彈頭球頭；彈頭球頭設(shè)置于彈體部的端部，且與彈體部形成一體結(jié)構(gòu)；彈頭球頭內(nèi)設(shè)有冷卻腔，冷卻腔為獨立的腔體；液態(tài)工質(zhì)儲存裝置設(shè)置于彈體部內(nèi)，并且液態(tài)工質(zhì)儲存裝置內(nèi)存儲有冷卻劑；液態(tài)工質(zhì)儲存裝置與冷卻腔連通，并能夠向冷卻腔提供冷卻劑，從而提高彈體內(nèi)部的換熱系數(shù)。

3、進(jìn)一步地，液態(tài)工質(zhì)儲存裝置通過連接通道與冷卻腔連通；連接通道的一端與液態(tài)工質(zhì)儲存裝置連通，連接通道的另一端與冷卻腔內(nèi)底部的中心位置的沖擊孔連通；冷卻腔內(nèi)的頂部設(shè)有沖擊錐，沖擊錐與沖擊孔同軸設(shè)置，并且沖擊錐的尖端部面向冷卻劑出口的中心位置。

4、進(jìn)一步地，彈頭球頭的壁面內(nèi)設(shè)有氣膜孔，冷卻腔通過氣膜孔與彈頭的外部連通；液態(tài)工質(zhì)儲存裝置內(nèi)存儲的冷卻劑為液態(tài)的二氧化碳；沖擊孔噴出的液態(tài)的二氧化碳能夠接觸彈頭滯止區(qū)域的沖擊錐，并完成二氧化碳的液～氣相變吸熱；吸熱氣化后的二氧化碳通過氣膜孔噴出，并在導(dǎo)彈的外壁面附近區(qū)域形成冷卻氣膜。

5、進(jìn)一步地，沖擊孔至尖端部的距離為沖擊距，沖擊距的長度為h，沖擊孔的直徑為d2，h取值范圍在5d2～7d2；沖擊孔的長度為k，k的取值范圍在1.5d2～4d2。

6、進(jìn)一步地，氣膜孔的直徑為d4，沖擊孔的直徑為d2；4d的取值范圍為0.5d2～d2。

7、進(jìn)一步地，氣膜孔與彈頭的壁面夾角為β，β的取值范圍在20°～50°；氣膜孔的周期為γ，γ的取值范圍在15°～20°。

8、進(jìn)一步地，的氣膜孔為圓柱孔或扇形孔或水滴孔或收縮擴(kuò)張型孔；氣膜孔的一端與冷卻腔連通，氣膜孔的另一端與彈體部的外部連通。

9、進(jìn)一步地，連接通道上設(shè)有流量控制閥，流量控制閥通過彈頭的飛行速度和飛行高度調(diào)整冷卻劑的出流量。

10、進(jìn)一步地，彈頭的總長度為l，l取值范圍在400mm～500mm；沖擊孔的直徑為d2，d2取值范圍在mm～mm；當(dāng)沖擊孔的直徑d2取值最大時，彈頭的總長度l取值最小。

11、進(jìn)一步地，彈頭的最大直徑為d，d的取值范圍在200mm～350mm；彈頭的半錐角為α，α取值范圍在10°～20°；彈頭球頭的直徑為d1，d1的取值范圍在40mm～60mm。

12、本發(fā)明提供的熱防護(hù)彈頭教學(xué)模型，能夠解決現(xiàn)有導(dǎo)彈熱防護(hù)系統(tǒng)性能差、防護(hù)時間短、穩(wěn)定性差、熱防護(hù)區(qū)域有限等問題。

技術(shù)特征：

1.一種熱防護(hù)彈頭教學(xué)模型，其特征在于，所述彈頭包括彈體和液態(tài)工質(zhì)儲存裝置(6)；所述彈體包括彈體部(1)和彈頭球頭(8)；所述彈頭球頭(8)設(shè)置于所述彈體部(1)的端部，且與所述彈體部(1)形成一體結(jié)構(gòu)；所述彈頭球頭(8)內(nèi)設(shè)有冷卻腔(9)，所述冷卻腔(9)為獨立的腔體；所述液態(tài)工質(zhì)儲存裝置(6)設(shè)置于所述彈體部(1)內(nèi)，并且所述液態(tài)工質(zhì)儲存裝置(6)內(nèi)存儲有冷卻劑；所述液態(tài)工質(zhì)儲存裝置(6)與所述冷卻腔(9)連通，并能夠向所述冷卻腔(9)提供冷卻劑，從而提高所述彈體內(nèi)部的換熱系數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱防護(hù)彈頭教學(xué)模型，其特征在于，所述液態(tài)工質(zhì)儲存裝置(6)通過連接通道(7)與所述冷卻腔(9)連通；所述連接通道(7)的一端與所述液態(tài)工質(zhì)儲存裝置(6)連通，所述連接通道(7)的另一端與所述冷卻腔(9)內(nèi)底部的中心位置的沖擊孔(4)連通；所述冷卻腔(9)內(nèi)的頂部設(shè)有沖擊錐(2)，所述沖擊錐(2)與所述沖擊孔(4)同軸設(shè)置，并且所述沖擊錐(2)的尖端部面向所述冷卻劑出口的中心位置。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱防護(hù)彈頭教學(xué)模型，其特征在于，所述彈頭球頭(8)的壁面內(nèi)設(shè)有氣膜孔(3)，所述冷卻腔(9)通過所述氣膜孔(3)與所述彈頭的外部連通；所述液態(tài)工質(zhì)儲存裝置(6)內(nèi)存儲的冷卻劑為液態(tài)的二氧化碳；所述沖擊孔(4)噴出的所述液態(tài)的二氧化碳能夠接觸彈頭滯止區(qū)域的所述沖擊錐(2)，并完成所述二氧化碳的液～氣相變吸熱；吸熱氣化后的所述二氧化碳通過所述氣膜孔(3)噴出，并在所述導(dǎo)彈的外壁面附近區(qū)域形成冷卻氣膜。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱防護(hù)彈頭教學(xué)模型，其特征在于，所述沖擊孔(4)至所述尖端部的距離為沖擊距，所述沖擊距的長度為h，所述沖擊孔(4)的直徑為d2，所述h取值范圍在5d2～7d2；所述沖擊孔(4)的長度為k，所述k的取值范圍在1.5d2～4d2。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱防護(hù)彈頭教學(xué)模型，其特征在于，所述氣膜孔(3)的直徑為d4，所述沖擊孔(4)的直徑為d2；所述d4的取值范圍為0.5d2～d2。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱防護(hù)彈頭教學(xué)模型，其特征在于，所述氣膜孔(3)與所述彈頭的壁面夾角為β，所述β的取值范圍在20°～50°；所述氣膜孔(3)的周期為γ，所述γ的取值范圍在15°～20°。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱防護(hù)彈頭教學(xué)模型，其特征在于，所述氣膜孔(3)為圓柱孔或扇形孔或水滴孔或收縮擴(kuò)張型孔；所述氣膜孔(3)的一端與所述冷卻腔(9)連通，所述氣膜孔(3)的另一端與所述彈體部(1)的外部連通。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱防護(hù)彈頭教學(xué)模型，其特征在于，所述連接通道(7)上設(shè)有流量控制閥(5)，所述流量控制閥(5)通過所述彈頭的飛行速度和飛行高度調(diào)整所述冷卻劑的出流量。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱防護(hù)彈頭教學(xué)模型，其特征在于，所述彈頭的總長度為l，所述l取值范圍在400mm～500mm；所述沖擊孔(4)的直徑為d2，所述d2取值范圍在4mm～6mm；

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱防護(hù)彈頭教學(xué)模型，其特征在于，所述彈頭的最大直徑為d，所述d的取值范圍在200mm～350mm；所述彈頭的半錐角為α，所述α取值范圍在10°～20°；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種熱防護(hù)彈頭教學(xué)模型，所述彈頭包括彈體和液態(tài)工質(zhì)儲存裝置；彈體包括彈體部和彈頭球頭；彈頭球頭設(shè)置于彈體部的端部，且與彈體部形成一體結(jié)構(gòu)；彈頭球頭內(nèi)設(shè)有冷卻腔，冷卻腔為獨立的腔體；液態(tài)工質(zhì)儲存裝置設(shè)置于彈體部內(nèi)，并且液態(tài)工質(zhì)儲存裝置內(nèi)存儲有冷卻劑；液態(tài)工質(zhì)儲存裝置與冷卻腔連通，并能夠向冷卻腔提供冷卻劑，從而提高彈體內(nèi)部的換熱系數(shù)；本發(fā)明提供的熱防護(hù)彈頭教學(xué)模型，能夠解決現(xiàn)有導(dǎo)彈熱防護(hù)系統(tǒng)性能差、防護(hù)時間短、穩(wěn)定性差、熱防護(hù)區(qū)域有限等問題。

技術(shù)研發(fā)人員：張博倫,夏軍,張凡榛,申志強
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國人民解放軍國防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/29