[發(fā)明專利]一種快響應(yīng)直接力產(chǎn)生裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210491228.6
• 申請(qǐng)日: 2012-11-27
• 公開（公告）號(hào): CN102943751A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王林;羅振兵;夏智勛;鄧雄;劉冰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): F03H1/00
• 分類號(hào): F03H1/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙正奇專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 43113
• 代理人: 陳立武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空航天飛行器控制領(lǐng)域，具體涉及一種快響應(yīng)直接力產(chǎn)生裝置，適用于飛行器快響應(yīng)直接力控制和飛行器內(nèi)外高速流場(chǎng)的主動(dòng)控制。

背景技術(shù)

隨著超聲速/高超聲速飛行器技術(shù)的迅速發(fā)展，直接力控制技術(shù)正成為改善高速飛行器響應(yīng)速度、提高制導(dǎo)精度、增加可用過載和機(jī)動(dòng)能力的有效手段。相對(duì)基于空氣舵的氣動(dòng)力控制方式，基于側(cè)向噴流的直接力控制具有時(shí)間延遲小、響應(yīng)速度快、高空環(huán)境控制效率高的優(yōu)點(diǎn)。

目前，基于側(cè)向噴流的反作用力控制系統(tǒng)，主要通過小型推力器或高壓儲(chǔ)氣/液罐裝置噴射高速氣/液射流產(chǎn)生側(cè)噴力。這兩種直接力產(chǎn)生方式還存在不足，小型推力器主要選用燃?xì)獍l(fā)生器、小型發(fā)動(dòng)機(jī)或者直接由主發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)向引流。這種實(shí)現(xiàn)方式的缺點(diǎn)在于，直接力的工作范圍受到推力器燃料消耗的限制，推力大小不可調(diào)且推力器燃料消耗盡之后不能繼續(xù)使用。高壓儲(chǔ)氣罐裝置則其氣液燃料的體積偏大，不方便攜帶，推力器工作時(shí)的燃料消耗會(huì)引起飛行器質(zhì)心的漂移。

為克服目前直接力產(chǎn)生方式的不足，基于新型火花放電等離子體合成射流激勵(lì)器的直接力產(chǎn)生技術(shù)正在加緊研究與推進(jìn)。

而傳統(tǒng)的火花放電等離子體合成射流激勵(lì)器最早是由約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室在21世紀(jì)初提出的。由于空氣的擊穿電壓較高，且輸入電能向激勵(lì)器腔體內(nèi)氣體熱能和射流動(dòng)能的轉(zhuǎn)化效率較低，因此為形成高能等離子體合成射流，需要較大的電源輸入功率或者只能采用較小的激勵(lì)器腔體。為此，該大學(xué)的研究人員Cybyk在激勵(lì)器設(shè)計(jì)中采用了添加?xùn)艠O的三電極腔體結(jié)構(gòu)，以降低所需電源功率，但這種方式增加了腔體加工和封裝的復(fù)雜性，其所采用的輸入電源電路也不易于實(shí)現(xiàn)激勵(lì)器工作頻率和射流速度的可調(diào)、可控。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)已知技術(shù)存在的缺陷和不足，提供一種快響應(yīng)直接力產(chǎn)生裝置，使用該裝置時(shí)，可根據(jù)實(shí)際需要對(duì)其工作時(shí)間、工作頻率、射流強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行調(diào)控，以滿足不同的控制需求。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，參見附圖1～2。如附圖1～2所示，上述所提供的一種快響應(yīng)直接力產(chǎn)生裝置，由一個(gè)供電系統(tǒng)1和一個(gè)火花放電等離子體合成射流激勵(lì)器2組成。所述的供電系統(tǒng)1包括有高壓脈沖電路11、高壓直流電路12和充放電電容13。所述的火花放電等離子體合成射流激勵(lì)器2，如附圖2所示，包括有一個(gè)其一端帶有蓋板26的筒狀激勵(lì)器本體24，和徑向呈放射狀間隔插置在該激勵(lì)器本體24上的主放電電極21、點(diǎn)火正極22、點(diǎn)火負(fù)極23。所述蓋板26上開有射流出口孔25。而所述主放電電極21與上述高壓直流電路12相連接。所述點(diǎn)火正極22和點(diǎn)火負(fù)極23并聯(lián)連接上述高壓脈沖電路11。上述充放電電容13的一端接所述高壓直流電路12與所述主放電電極21之間的連線，另一端接地。

由此構(gòu)成的本發(fā)明的快響應(yīng)直接力產(chǎn)生裝置使用時(shí)，上述高壓脈沖電路11輸出高達(dá)數(shù)十千伏的電壓用于空氣的擊穿，建立導(dǎo)電通道并引燃電弧。高壓直流電路12則為充放電電容13不間斷充電，以用于空氣擊穿后產(chǎn)生火花放電與注入功率。利用火花放電產(chǎn)生高能等離子體合成射流，并利用火花放電產(chǎn)生的高能等離子體合成射流的反作用力生成快響應(yīng)直接力。由此而來，即可使得火花放電等離子體合成射流激勵(lì)器2實(shí)現(xiàn)輸入電能-氣體熱能-射流動(dòng)能的轉(zhuǎn)化，形成速度高達(dá)數(shù)百米每秒的高能射流。該裝置完全由電子元件組成，具有無機(jī)械活動(dòng)部件、無高壓儲(chǔ)氣罐裝置、響應(yīng)迅速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于控制的優(yōu)點(diǎn)，既提供了一種響應(yīng)迅速、可重復(fù)使用、推力大小可調(diào)的新的直接力產(chǎn)生方式，同時(shí)也為高速內(nèi)外流場(chǎng)提供了一種控制能力強(qiáng)、適用于多工況、易于集成的主動(dòng)控制裝置。