一种跨介质飞行器动力及流场控制系统及方法

本发明涉及跨介质飞行器降载入水，具体涉及一种跨介质飞行器动力及流场控制系统及方法。

背景技术：

1、自然界和和工程上的很多现象和应用都与入水过程息息相关，如载人航天飞船海上回收、水上飞机在水面降落、高空投送水下飞行器等，这些工程应用对国防安全、国家科技进步、社会经济发展起着重要的推动作用。

2、跨介质飞行器可以在空中保持高速飞行，在水下高速潜航，较传统飞行器有着应用场景广、机动性强等显著优势，适合执行复杂条件下的任务，未来将得到广泛的应用。

3、飞行器经由空气介质以高速穿越水空界面，进入水中的过程称为高速入水过程。

4、由于水的密度远远大于空气，入水过程中液面对飞行器产生高速冲击，产生了入水冲击、自然空化和三相流动等复杂的物理现象。高速入水过程中既包含可能会引起飞行体结构破坏的高速冲击动力学问题，又包含了入水空泡的流体力学问题。

5、跨介质飞行器的动力系统是跨介质飞行器的核心装置，在跨越水空界面时为飞行器提供持续动力，需要满足宽速域、响应快的性能要求。

6、高速入水降载有外形降载、缓冲头帽降载和射流降载三种技术方式。其中，射流降载是通过主动流动控制所产生的射流冲击水面时可产生感应压力，能降低入水飞行器的冲击动量，能有效避免强烈的非线性冲击。

7、同时入水过程中射流夹带的空气被卷入形成的空腔内，形成与大气相通的开口通气空泡，使弹体在入水过程中与液体隔离，能减少了粘性阻力。

8、射流降载的能保证飞行器跨介质过程中，速度不发生急剧性变化，又能有效降低入水冲击载荷，同时兼顾了水下高速潜航时空泡的发生，是跨介质降载技术未来的发展方向。

9、例如cn105371710a公布了一种基于反向喷气的导弹高速入水方法，采用燃气发生器作为射流气源，可在不显著降低飞行器入水速度的前提下，为导弹入水提供保护。然而其需要携带燃气发生等设备，结构复杂、功能单一，除此之外大多类似技术通过携带气源作为入水射流，在紧凑的飞行器内部专门放置一套入水射流降载系统，存在着浪费飞行器空间和动力性能的问题。

10、综上，现有的射流降载技术需要在紧凑的飞行器内部设置气源和一整套入水射流降载系统，浪费飞行器空间和动力性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种跨介质飞行器动力及流场控制系统及方法，以解决现有技术中射流降载技术需要在紧凑的飞行器内部设置气源和一整套入水射流降载系统，浪费飞行器空间和动力性能的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明具体提供一种跨介质飞行器动力及流场控制系统，包括设置于飞行器头部的逆向射流孔，飞行器动力系统的燃烧室通过主管路与所述逆向射流孔连通；

3、所述主管路上设置有第一节流阀，以控制所述主管路接通或断开；

4、飞行器在跨介质入水时，所述第一节流阀开启，高压气体通过所述逆向射流孔喷向液面，以实现飞行器入水降载。

5、作为本发明的一种优选方案，所述飞行器头部的周向上设置有多个侧向射流孔，所述侧向射流孔通过支管路与所述主管路连通，并且每个所述支管路上均设置有第二节流阀；

6、所述第一节流阀设置于所述主管路与所述支管路连接点的下游；

7、所述第二节流阀开启时，高压气流能够通过所述侧向射流孔喷出，以调节飞行器的飞行姿态。

8、作为本发明的一种优选方案，飞行器在水下潜航时，所述第一节流阀和所述第二节流阀均开启，使高压气流从所述逆向射流孔和侧向射流孔喷出，以在飞行器表面形成大面积的通气超空泡，降低飞行器水下航行阻力。

9、作为本发明的一种优选方案，飞行器的动力系统包括储罐、水泵和所述燃烧室；

10、所述燃烧室内填充有能够与水和co2反应的固体推进剂；

11、所述储罐内存储有能够释放co2的化学剂，以在飞行器在空中飞行及入水时向所述燃烧室内提供co2作为固体推进剂的氧化剂；

12、在飞行器的水下潜航时，所述水泵能够从飞行器外抽水并将水泵送至所述燃烧室内作为固体推进剂的氧化剂。

13、作为本发明的一种优选方案，所述储罐、所述水泵和所述燃烧室通过三通阀连接，并且所述储罐与所述三通阀之间以及所述水泵与所述三通阀之间均设置有单向阀。

14、作为本发明的一种优选方案，所述第一节流阀与所述逆向射流孔之间的管路为特斯拉阀门构型，以避免飞行器入水过程中水冲击所述第一节流阀。

15、为解决上述技术问题，本发明还进一步提供一种跨介质飞行器动力及流场控制方法，使用上述的跨介质飞行器动力及流场控制系统，包括以下步骤：

16、使用主管路将燃烧室与逆向射流孔连通；

17、当飞行器在跨介质入水时，开启第一节流阀，使燃烧室燃烧产生的高压气体通过逆向射流孔喷向液面，防止飞行器直接与液面相撞，实现飞行器入水降载。

18、作为本发明的一种优选方案，当飞行器在空中飞行时，第一节流阀保持关闭；

19、根据需要开启对应的第二节流阀，使高压气体从对应的侧向射流孔喷出，对飞行器产生周向上的作用力，以调整飞行器在空中的飞行姿态。

20、作为本发明的一种优选方案，当飞行器在水下潜航时，同时保持第一节流阀和第二节流阀开启，以在飞行器表面形成大面积的通气超空泡，降低飞行器水下航行的阻力。

21、作为本发明的一种优选方案，当飞行器在空中飞行时或跨介质入水时，储罐内的化学剂分解释放大量co2，co2通过单向阀和三通阀通入燃烧室中，为飞行器发动机提供氧化剂；

22、当飞行器在水下航行时，启动水泵将水泵入到燃烧室中，为飞行器发动机提供氧化剂。

23、本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

24、该系统利用飞行器自有的发动机燃烧室燃烧产生的高压气体作为喷射降载的气源，燃烧室为飞行器本身自有的设备，无需在飞行器上额外装载气源，结构简单，质量较轻并且占用空间小，提高飞行器的动力性能。

技术特征：

1.一种跨介质飞行器动力及流场控制系统，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的一种跨介质飞行器动力及流场控制系统，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的一种跨介质飞行器动力及流场控制系统，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的一种跨介质飞行器动力及流场控制系统，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的一种跨介质飞行器动力及流场控制系统，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的一种跨介质飞行器动力及流场控制系统，其特征在于，

7.一种跨介质飞行器动力及流场控制方法，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的一种跨介质飞行器动力及流场控制方法，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的一种跨介质飞行器动力及流场控制方法，其特征在于，

10.根据权利要求9所述的一种跨介质飞行器动力及流场控制系统，其特征在于，

技术总结本发明公开了跨介质飞行器降载入水技术领域的一种跨介质飞行器动力及流场控制系统及方法，包括设置于飞行器头部的逆向射流孔，飞行器动力系统的燃烧室通过主管路与所述逆向射流孔连通；所述主管路上设置有第一节流阀，以控制所述主管路接通或断开；飞行器在跨介质入水时，所述第一节流阀开启，高压气体通过所述逆向射流孔喷向液面，以实现飞行器入水降载；飞行器在水下潜航时，所述逆向射流系统和所述环向流场控制系统均开启，以在飞行器表面形成大面积的通气超空泡，降低水下航行阻力。技术研发人员：潘利生,陆宇航,郝亨隆,史维秀,魏小林受保护的技术使用者：中国科学院力学研究所技术研发日：技术公布日：2024/4/24