一种热防护弹头教学模型

本发明属于热防护弹头教学模型，具体涉及一种热防护弹头教学模型。

背景技术：

1、高超声速导弹在飞行过程中会挤压周围空气引起严重的气动热问题，导弹周围附面层内的高温空气会和导弹进行对流传热，引起弹体部壁面温度急剧增加。当弹体部壁面温度超过材料的耐温极限，若果不采取有效的热防护措施，将造成导弹烧蚀，气动外形改变，而且过高的温度会严重影响导弹内部电子元器件的稳定工作。目前，导弹热防护系统可分为：主动式热防护系统、被动式热防护系统以及半主动式热防护系统。

2、主动式热防护系统主要通过冷却剂实现保护导弹弹体部的目的，一般应用蒸发冷却和气膜冷却，气膜冷却是通过冷却剂在弹体部表面形成冷却气膜，减少外部高温空气的热量向导弹内部传递；蒸发冷却是利用冷却剂相变吸热将导弹的热量传递给制冷剂，从而达到降低导弹温度的目的，气膜冷却和蒸发冷却的不可控性较强，稳定性较差；

3、被动式热防护系统主要通过隔热层和热沉结构实现保护导弹弹体部的目的，这种系统在导弹高超声速飞行热流密度较大时表现较差；

4、半主动式热防护系统主要通过热管和烧蚀冷却实现保护导弹弹体部的目的，能够在导弹高超声速飞行时形成有效的热防护，但是仅能支持弹体部短时间内飞行；因此，高性能、长时间、高稳定的高超声速导弹热防护系统是本领域需要解决的难点问题。

5、基于上述导弹热防护中存在的技术问题，尚未有相关的解决方案；因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种热防护弹头教学模型，旨在模拟解决现有导弹热防护性能差的问题。

2、本发明提供一种热防护弹头教学模型，所述弹头包括弹体和液态工质储存装置；弹体包括弹体部和弹头球头；弹头球头设置于弹体部的端部，且与弹体部形成一体结构；弹头球头内设有冷却腔，冷却腔为独立的腔体；液态工质储存装置设置于弹体部内，并且液态工质储存装置内存储有冷却剂；液态工质储存装置与冷却腔连通，并能够向冷却腔提供冷却剂，从而提高弹体内部的换热系数。

3、进一步地，液态工质储存装置通过连接通道与冷却腔连通；连接通道的一端与液态工质储存装置连通，连接通道的另一端与冷却腔内底部的中心位置的冲击孔连通；冷却腔内的顶部设有冲击锥，冲击锥与冲击孔同轴设置，并且冲击锥的尖端部面向冷却剂出口的中心位置。

4、进一步地，弹头球头的壁面内设有气膜孔，冷却腔通过气膜孔与弹头的外部连通；液态工质储存装置内存储的冷却剂为液态的二氧化碳；冲击孔喷出的液态的二氧化碳能够接触弹头滞止区域的冲击锥，并完成二氧化碳的液～气相变吸热；吸热气化后的二氧化碳通过气膜孔喷出，并在导弹的外壁面附近区域形成冷却气膜。

5、进一步地，冲击孔至尖端部的距离为冲击距，冲击距的长度为h，冲击孔的直径为d2，h取值范围在5d2～7d2；冲击孔的长度为k，k的取值范围在1.5d2～4d2。

6、进一步地，气膜孔的直径为d4，冲击孔的直径为d2；4d的取值范围为0.5d2～d2。

7、进一步地，气膜孔与弹头的壁面夹角为β，β的取值范围在20°～50°；气膜孔的周期为γ，γ的取值范围在15°～20°。

8、进一步地，的气膜孔为圆柱孔或扇形孔或水滴孔或收缩扩张型孔；气膜孔的一端与冷却腔连通，气膜孔的另一端与弹体部的外部连通。

9、进一步地，连接通道上设有流量控制阀，流量控制阀通过弹头的飞行速度和飞行高度调整冷却剂的出流量。

10、进一步地，弹头的总长度为l，l取值范围在400mm～500mm；冲击孔的直径为d2，d2取值范围在mm～mm；当冲击孔的直径d2取值最大时，弹头的总长度l取值最小。

11、进一步地，弹头的最大直径为d，d的取值范围在200mm～350mm；弹头的半锥角为α，α取值范围在10°～20°；弹头球头的直径为d1，d1的取值范围在40mm～60mm。

12、本发明提供的热防护弹头教学模型，能够解决现有导弹热防护系统性能差、防护时间短、稳定性差、热防护区域有限等问题。

技术特征：

1.一种热防护弹头教学模型，其特征在于，所述弹头包括弹体和液态工质储存装置(6)；所述弹体包括弹体部(1)和弹头球头(8)；所述弹头球头(8)设置于所述弹体部(1)的端部，且与所述弹体部(1)形成一体结构；所述弹头球头(8)内设有冷却腔(9)，所述冷却腔(9)为独立的腔体；所述液态工质储存装置(6)设置于所述弹体部(1)内，并且所述液态工质储存装置(6)内存储有冷却剂；所述液态工质储存装置(6)与所述冷却腔(9)连通，并能够向所述冷却腔(9)提供冷却剂，从而提高所述弹体内部的换热系数。

2.根据权利要求1所述的热防护弹头教学模型，其特征在于，所述液态工质储存装置(6)通过连接通道(7)与所述冷却腔(9)连通；所述连接通道(7)的一端与所述液态工质储存装置(6)连通，所述连接通道(7)的另一端与所述冷却腔(9)内底部的中心位置的冲击孔(4)连通；所述冷却腔(9)内的顶部设有冲击锥(2)，所述冲击锥(2)与所述冲击孔(4)同轴设置，并且所述冲击锥(2)的尖端部面向所述冷却剂出口的中心位置。

3.根据权利要求2所述的热防护弹头教学模型，其特征在于，所述弹头球头(8)的壁面内设有气膜孔(3)，所述冷却腔(9)通过所述气膜孔(3)与所述弹头的外部连通；所述液态工质储存装置(6)内存储的冷却剂为液态的二氧化碳；所述冲击孔(4)喷出的所述液态的二氧化碳能够接触弹头滞止区域的所述冲击锥(2)，并完成所述二氧化碳的液～气相变吸热；吸热气化后的所述二氧化碳通过所述气膜孔(3)喷出，并在所述导弹的外壁面附近区域形成冷却气膜。

4.根据权利要求2所述的热防护弹头教学模型，其特征在于，所述冲击孔(4)至所述尖端部的距离为冲击距，所述冲击距的长度为h，所述冲击孔(4)的直径为d2，所述h取值范围在5d2～7d2；所述冲击孔(4)的长度为k，所述k的取值范围在1.5d2～4d2。

5.根据权利要求4所述的热防护弹头教学模型，其特征在于，所述气膜孔(3)的直径为d4，所述冲击孔(4)的直径为d2；所述d4的取值范围为0.5d2～d2。

6.根据权利要求3所述的热防护弹头教学模型，其特征在于，所述气膜孔(3)与所述弹头的壁面夹角为β，所述β的取值范围在20°～50°；所述气膜孔(3)的周期为γ，所述γ的取值范围在15°～20°。

7.根据权利要求3所述的热防护弹头教学模型，其特征在于，所述气膜孔(3)为圆柱孔或扇形孔或水滴孔或收缩扩张型孔；所述气膜孔(3)的一端与所述冷却腔(9)连通，所述气膜孔(3)的另一端与所述弹体部(1)的外部连通。

8.根据权利要求7所述的热防护弹头教学模型，其特征在于，所述连接通道(7)上设有流量控制阀(5)，所述流量控制阀(5)通过所述弹头的飞行速度和飞行高度调整所述冷却剂的出流量。

9.根据权利要求2所述的热防护弹头教学模型，其特征在于，所述弹头的总长度为l，所述l取值范围在400mm～500mm；所述冲击孔(4)的直径为d2，所述d2取值范围在4mm～6mm；

10.根据权利要求1所述的热防护弹头教学模型，其特征在于，所述弹头的最大直径为d，所述d的取值范围在200mm～350mm；所述弹头的半锥角为α，所述α取值范围在10°～20°；

技术总结本发明提供一种热防护弹头教学模型，所述弹头包括弹体和液态工质储存装置；弹体包括弹体部和弹头球头；弹头球头设置于弹体部的端部，且与弹体部形成一体结构；弹头球头内设有冷却腔，冷却腔为独立的腔体；液态工质储存装置设置于弹体部内，并且液态工质储存装置内存储有冷却剂；液态工质储存装置与冷却腔连通，并能够向冷却腔提供冷却剂，从而提高弹体内部的换热系数；本发明提供的热防护弹头教学模型，能够解决现有导弹热防护系统性能差、防护时间短、稳定性差、热防护区域有限等问题。技术研发人员：张博伦,夏军,张凡榛,申志强受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29