高速空气舵横-逆向双射流耦合流动控制及降热特性

doi:10.7527/S1000-6893.2026.33348

流动控制与热管理专刊

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高速空气舵横-逆向双射流耦合流动控制及降热特性

骆俊衡, 郭庆阳, 王林, 刘冰, 李世斌()

国防科技大学先进推进技术实验室，长沙 410073

收稿日期:2026-01-09 修回日期:2026-02-05 接受日期:2026-03-09 出版日期:2026-03-30 发布日期:2026-03-23
通讯作者: 李世斌 E-mail:lishibin104@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(12372272);国防科技大学自主科研基金(24-ZZCX-XXX-31)

Coupled flow control and heat reduction characteristics of transverse-opposing dual-jets for high-speed air rudder

Junheng LUO, Qingyang GUO, Lin WANG, Bing LIU, Shibin LI()

Advanced Propulsion Technology Laboratory，National University of Defense Technology，Changsha 410073，China

Received:2026-01-09 Revised:2026-02-05 Accepted:2026-03-09 Online:2026-03-30 Published:2026-03-23
Contact: Shibin LI E-mail:lishibin104@163.com
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(12372272);Innovation Research Foundation of National University of Defense Technology(24-ZZCX-XXX-31)

摘要/Abstract

摘要：

高超声速流动中，激波/边界层干扰（SWBLI）引发的多尺度流动耦合效应会显著加剧飞行器热载荷管理难度。为此，针对空气舵提出一种横-逆双射流耦合主动控制方案，并采用数值模拟揭示其在复杂来流工况下对流场SWBLI及气动热环境的影响。结果表明，横-逆向双射流方案通过空间耦合布局可实现优于单射流的全局降热；在舵偏11°工况下，当横向射流布置于较远上游且逆向射流位于高位时，可构建大尺度分离区以隔绝高温主流，使前缘与平板热流峰值分别控制在3 200 kW·m^-2与300 kW·m^-2以下；在11°攻角下，所有双射流布局均能显著降低缝隙热流密度至300 kW·m^-2以下，但前缘热流对射流位置敏感，需避免逆向射流超出横向射流低压尾迹区，以防诱发剧烈再附导致热流剧增。

关键词: 激波/边界层干扰, 空气舵, 横-逆向射流, 主动流动控制, 气动热环境

Abstract:

The multi-scale flow coupling effects induced by Shock Wave/Boundary Layer Interaction （SWBLI） in hypersonic flows significantly exacerbate the challenges of thermal load management for flight vehicles. A transverse-opposing dual-jet active control scheme for air rudder is proposed， and its impact characteristics on SWBLI and aerothermal environments under complex inflow conditions is revealed. The numerical methods employed are validated against experimental data from open literature， and a grid independence analysis is conducted. Results indicate that the transverse-opposing dual-jet scheme achieves global heat reduction superior to single-jet configurations through spatially coupled configurations. Under the condition of an 11° rudder deflection， positioning the transverse jet further upstream and the opposing jet at a higher elevation constructs a large-scale separation zone that isolates the high-temperature mainstream. Consequently， the peak heat fluxes on the leading edge and the plate are controlled below 3 200 kW·m^-2 and 300 kW·m^-2， respectively. At an angle of attack of 11°， all dual-jet configurations significantly reduce the gap heat flux to below 300 kW·m^-2. However， the leading-edge heat flux is sensitive to jet positioning； it is crucial to ensure the opposing jet remains within the low-pressure wake of the transverse jet to prevent severe flow reattachment and a subsequent surge in heat flux.

Key words: shock wave/boundary layer interaction, air rudder, transverse-opposing jets, active flow control, aerothermal environment

中图分类号:

V211.3

骆俊衡, 郭庆阳, 王林, 刘冰, 李世斌. 高速空气舵横-逆向双射流耦合流动控制及降热特性[J]. 航空学报, 2026, 47(13): 533348.

Junheng LUO, Qingyang GUO, Lin WANG, Bing LIU, Shibin LI. Coupled flow control and heat reduction characteristics of transverse-opposing dual-jets for high-speed air rudder[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(13): 533348.

图/表 26

图 1

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表1

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参考文献 44

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

参数	数值
顶面长度L₁/mm	120
底面长度L₂/mm	200
舵轴与后端水平距离L₃/mm	60
顶部厚度D₁/mm	6
舵体高度K/mm	80
舵轴直径d/mm	16
底部厚度D₂/mm	20
前缘半径R/mm	2
舵轴高度b/mm	2
喷孔半径r/mm	1
逆向射流垂直高度H/mm	20， 40
横向射流水平距离L/mm	80， 240
后掠角β/（°）	45

Case	i	j
Case 1	1	0.25
Case 2	1	0.50
Case 3	3	0.25
Case 4	3	0.50

高速空气舵横-逆向双射流耦合流动控制及降热特性

Coupled flow control and heat reduction characteristics of transverse-opposing dual-jets for high-speed air rudder

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