罗晓波，杨艳静，杨泽南，陈 伟*

（1. 四川大学 空天科学与工程学院，成都 610065； 2. 北京卫星环境工程研究所，北京 100094）

0 引言

高超声速飞行器的飞行马赫数通常大于5。剧烈的气动生热对高超声速飞行器结构材料的热防护性能要求极高。与被动和半被动热防护措施相比，主动热防护措施中的气膜冷却技术维护成本低、结构质量小、可重复使用，能有效提升高超声速飞行器的热防护能力，具有良好的应用前景[1-2]。

在气膜冷却通道内，冷却介质与内部结构对流换热，从而显著提升结构的热防护性能。关于通道内流冷却结构的设计，本文所考虑的晶格阵列结构是晶体晶相组织微观原子构型等比放大的一种模型。随着3D 打印技术的逐步成熟，微细晶格阵列结构在高温部件中的应用成为可能。已有研究表明，晶格阵列结构通过增大表面积与体积之比以及强化扰流可以显著提高冷却效率[3-5]，在同等换热能力下，晶格阵列结构比泡沫金属结构的流动损失更小[6]。LI Yang 等[7]对x 型晶格的强化换热作用进行研究发现，x 型晶格和其他元件的恰当组合能够有效提升夹层板的整体换热性能。SHEN Beibei 等[8]比较了Kagome 与Pin-fin 阵列结构在楔形通道中的强化换热效果，认为Kagome 晶格具有比Pin-fin结构更强的换热能力。BAI Xiaohui 等[9]分析了晶格芯层夹板结构的传热性能，涉及多种晶格结构强化换热的比较，研究结果表明晶格阵列结构能够有效强化传热。

基于晶格阵列结构强化换热的特点，结合气膜冷却对飞行器外壁面的热防护作用，同时运用于高超声速飞行器热防护设计预期可取得良好效果。……