适用高超声速飞行环境的超声速气膜冷却光学窗口研究进展

易仕和，丁浩林

（国防科技大学空天科学学院，湖南长沙 410073）

0 引 言

当红外成像制导导弹在大气层中以高速（通常指马赫数大于3）飞行时，通常需要利用冷却气膜隔离外部高温主流对红外光学窗口的加热，以避免飞行器光学窗口承受的严重热负荷造成窗口过热淹没目标红外信号，甚至造成成像窗口损坏［1-3］。冷却气膜和光学窗口外部主流相互作用，可能会形成包含边界层、激波、混合层及其相互干扰的复杂流动结构，对目标信号传输产生影响，引起光线出现偏移、抖动、扩散以及能量消减，这种现象一般统称为气动光学效应［4-6］，如图1 所示。目前，气动光学效应的存在严重影响了高速红外成像制导的精度，已经成为新一代高超声速精确打击武器研制的关键技术难题之一［7-8］。

图1 超声速气膜冷却光学窗口气动光学效应示意图［5-6］Fig.1 Schematic diagram of aero-optical effects of optical aperture with supersonic film cooling［5-6］

为解决这一难题，本文构建了高超声速气动光学效应地面测试系统，研制了适应高超声速飞行环境的外部制冷光学侧窗，突破了包括超声速冷气膜生成、压力与折射率双匹配气动光学效应抑制和基于大尺度涡破碎原理的气动光学效应抑制等多项核心关键技术，对光学侧窗窗口冷却性能和光学性能进行了实验研究，验证了技术的可靠性。

1 超声速气膜冷却光学窗口模型总体设计

高超声速条件下气动加热作用强烈，导致光学窗口需要承受比低速飞行时更大的气动加热量。为了减小气动加热对于窗口的影响，通常使用侧面光学窗口。……