一種基于等離子體流動(dòng)控制的射流推力矢量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于等離子體流動(dòng)控制的射流推力矢量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的飛機(jī)動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)中，認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)只能提供向前的推力，而飛機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)彎、爬升、俯沖和橫滾等姿態(tài)控制時(shí)，只能依靠氣動(dòng)舵面的偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生非對(duì)稱氣動(dòng)力矩來(lái)實(shí)現(xiàn)。推力矢量技術(shù)的出現(xiàn)，改變了這種現(xiàn)象，推力矢量裝置具有操縱飛機(jī)的偏航、俯仰、橫滾等能力。敏捷性和過(guò)失速機(jī)動(dòng)飛行是未來(lái)戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)展方向，推力矢量裝置能夠提高飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性和敏捷性，甚至具有過(guò)失速狀態(tài)下的機(jī)動(dòng)能力。在低速大迎角下，飛機(jī)的氣動(dòng)舵面的效能是很低或者根本就是失效的，推力矢量裝置幾乎不受這種影響，可以用來(lái)代替部分氣動(dòng)操縱舵面的作用。目前，推力矢量裝置通常采用機(jī)械式，包括調(diào)節(jié)擋板、偏轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)片和噴管整體偏轉(zhuǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，機(jī)械式的推力矢量裝置由于零部件較多，通常具有成百上千個(gè)零件，使飛機(jī)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，增加了飛機(jī)的重量和成本，同時(shí)對(duì)維護(hù)也十分不利。
[0003]針對(duì)機(jī)械式推力矢量裝置面臨的一系列問(wèn)題，提出了流體式推力矢量裝置的設(shè)計(jì)思路。流體式推力矢量裝置是借助于引入的二股噴射流去影響主流狀態(tài)，使其改變方向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)推力矢量控制。流體式推力矢量裝置控制方案大致分為幾種基本類型:激波矢量控制法、喉道偏斜法、反向流推力矢量控制和同向流推力矢量控制，這些方案仍在研究當(dāng)中。流體式推力矢量裝置無(wú)需復(fù)雜的作動(dòng)部件，相對(duì)于機(jī)械式的重量更輕，可靠性也將得到很大的提高。同時(shí)，流體式推力矢量裝置也有一些缺點(diǎn):需要外接氣源和布置復(fù)雜的氣流管道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于等離子體流動(dòng)控制的射流推力矢量裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)械式的推力矢量裝置零部件較多，增加了飛機(jī)的重量和成本，同時(shí)對(duì)維護(hù)也十分不利的問(wèn)題；及流體式推力矢量裝置需要外接氣源和布置復(fù)雜的氣流管道等問(wèn)題。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一種基于等離子體流動(dòng)控制的射流推力矢量裝置，包括推力矢量噴管和等離子體激勵(lì)器，所述的推力矢量噴管包含進(jìn)氣道、氣流過(guò)渡段和擴(kuò)張段，及該推力矢量噴管產(chǎn)生主射流，提供推力；所述的等離子體激勵(lì)器對(duì)主射流進(jìn)行控制。
[0006]優(yōu)選地，所述推力矢量噴管的擴(kuò)張段的入口內(nèi)壁上、下表面分別布置等離子體激勵(lì)器。
[0007]優(yōu)選地，所述的等離子體激勵(lì)器為介質(zhì)阻擋放電等離子體激勵(lì)器。
[0008]優(yōu)選地，所述的介質(zhì)阻擋放電等離子體激勵(lì)器包括連接在高壓交流電源兩端的兩個(gè)電極，兩個(gè)電極分別粘貼在推力矢量噴管的擴(kuò)張段的入口內(nèi)壁上、下表面，電極保持對(duì)稱，兩個(gè)電極均被絕緣材料覆蓋，上下兩側(cè)絕緣材料之間充滿空氣，介質(zhì)阻擋放電等離子體激勵(lì)器會(huì)在推力矢量噴管的擴(kuò)張段的入口處形成空間等離子體放電，在整個(gè)擴(kuò)張段入口截面生成高速等離子體射流。
[0009]優(yōu)選地，所述的等離子體激勵(lì)器的電極均為銅電極，上下表面的兩個(gè)電極尺寸一致。
[0010]本發(fā)明將等離子體激勵(lì)器布置在推力矢量噴管的擴(kuò)張段的入口處，利用等離子體激勵(lì)器在推力矢量噴管的擴(kuò)張段的入口處形成空間等離子體放電，在整個(gè)擴(kuò)張段的入口截面生成高速等離子體射流，高速射流對(duì)推力矢量噴管中的主流起到一定的沖擊致偏作用，等離子體射流的補(bǔ)充作用使得擴(kuò)張段的入口一側(cè)表面產(chǎn)生高壓區(qū)，這樣也會(huì)使推力矢量噴管中的主流兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，最終使得主流發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
[0011]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明作用迅速、激勵(lì)頻帶寬、沒(méi)有活動(dòng)部件、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不需要外接氣源和布置復(fù)雜的氣流管道，解決了其他流體式推力矢量裝置需要外接氣源等問(wèn)題，由于等離子體的放電頻率高達(dá)MHz，因此響應(yīng)頻率也大大高于常規(guī)的控制方式；同時(shí)，可以利用較簡(jiǎn)單的操作方式，改變噴管出口氣流的方向，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)推力的矢量化。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明裝置的側(cè)面立體示意圖；
圖2為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)俯視示意圖；
圖3為圖2的A-A #1』面不意圖；
圖4為本發(fā)明采用的介質(zhì)阻擋放電等離子體激勵(lì)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明未開(kāi)啟等離子體激勵(lì)器時(shí)示意圖；
圖6為本發(fā)明上表面電極接交流電源高壓端下表面電極接交流電源低壓端，開(kāi)啟等離子體激勵(lì)器時(shí)示意圖；
圖7為本發(fā)明上表面電極接交流電源低壓端下表面電極接交流電源高壓端，開(kāi)啟等離子體激勵(lì)器時(shí)示意圖；
【附圖說(shuō)明】:1.進(jìn)氣道，2.氣流過(guò)渡段，3.擴(kuò)張段，4.等離子體激勵(lì)器，5.銅電極，6.絕緣材料，7.高壓交流電源。
【具體實(shí)施方式】
[0013]為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合實(shí)施例與附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，實(shí)施方式提及的內(nèi)容并非對(duì)本發(fā)明的限定。
[0014]參照?qǐng)D1、圖2和圖3所示，本發(fā)明的一種基于等離子體流動(dòng)控制的射流推力矢量裝置，包括推力矢量噴管和等離子體激勵(lì)器4，所述的推力矢量噴管包含進(jìn)氣道1、氣流過(guò)渡段2和擴(kuò)張段3，三者依序設(shè)置；其中，在所述推力矢量噴管的擴(kuò)張段3的入口內(nèi)壁上、下表面分別布置等離子體激勵(lì)器4。
[0015]參照?qǐng)D3、圖4所示，所述等離子體激勵(lì)器4為介質(zhì)阻擋放電等離子體激勵(lì)器，包括連接在高壓交流電源7兩端的兩個(gè)電極，兩個(gè)電極分別粘貼在推力矢量噴管的擴(kuò)張段3的入口內(nèi)壁上、下表面，電極均為銅電極5，并且保持對(duì)稱，兩個(gè)電極均被絕緣材料6覆蓋，上、下兩側(cè)絕緣材料之間充滿空氣。
[0016]當(dāng)飛機(jī)進(jìn)行俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)，開(kāi)啟等離子體激勵(lì)器4，如圖6和圖7所示，等離子體激勵(lì)器4的上表面和下表面的兩個(gè)電極是與高壓交流電源7相連接的，會(huì)在推力矢量噴管的擴(kuò)張段3的入口處形成空間等離子體放電，在整個(gè)擴(kuò)張段3的入口截面生成高速等離子體射流，在等離子體射流的沖擊下，推力矢量噴管內(nèi)部主流的方向會(huì)發(fā)生一定偏轉(zhuǎn)，從而推力矢量噴管出口處的氣流發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的推力矢量化；飛機(jī)產(chǎn)生俯仰力矩，這樣就對(duì)飛機(jī)的俯仰姿態(tài)進(jìn)行了控制。當(dāng)關(guān)閉等離子體激勵(lì)器4時(shí)，流場(chǎng)狀態(tài)如圖5所示。
[0017]由上述情況可以看出本發(fā)明采用等離子體流動(dòng)控制的方式控制主流發(fā)生偏轉(zhuǎn)，無(wú)需任何外接氣源和布置復(fù)雜的氣流管道，只需在推力矢量噴管的擴(kuò)張段3的入口處布置等離子體激勵(lì)器即可。將等離子體激勵(lì)器4布置在推力矢量噴管的擴(kuò)張段3的入口處，利用等離子體激勵(lì)器4在推力矢量噴管的擴(kuò)張段3的入口處形成空間等離子體放電，在整個(gè)擴(kuò)張段3的入口截面生成高速等離子體射流，高速射流對(duì)推力矢量噴管中的主流起到一定的沖擊致偏作用，等離子體射流的補(bǔ)充作用使得擴(kuò)張段的入口一側(cè)表面產(chǎn)生高壓區(qū)，這樣也會(huì)使推力矢量噴管中的主流兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，最終使得主流發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
[0018]本發(fā)明具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于等離子體流動(dòng)控制的射流推力矢量裝置，其特征在于，包括推力矢量噴管和等離子體激勵(lì)器，所述的推力矢量噴管包含進(jìn)氣道、氣流過(guò)渡段和擴(kuò)張段，及該推力矢量噴管產(chǎn)生主射流，提供推力；所述的等離子體激勵(lì)器對(duì)主射流進(jìn)行控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于等離子體流動(dòng)控制的射流推力矢量裝置，其特征在于，所述推力矢量噴管的擴(kuò)張段的入口內(nèi)壁上、下表面分別布置等離子體激勵(lì)器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于等離子體流動(dòng)控制的射流推力矢量裝置，其特征在于，所述的等離子體激勵(lì)器為介質(zhì)阻擋放電等離子體激勵(lì)器。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于等離子體流動(dòng)控制的射流推力矢量裝置，其特征在于，所述的介質(zhì)阻擋放電等離子體激勵(lì)器包括連接在高壓交流電源兩端的兩個(gè)電極，兩個(gè)電極分別粘貼在推力矢量噴管的擴(kuò)張段的入口內(nèi)壁上、下表面，電極保持對(duì)稱，兩個(gè)電極均被絕緣材料覆蓋，上下兩側(cè)絕緣材料之間充滿空氣，介質(zhì)阻擋放電等離子體激勵(lì)器會(huì)在推力矢量噴管的擴(kuò)張段的入口處形成空間等離子體放電，在整個(gè)擴(kuò)張段入口截面生成高速等離子體射流。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的基于等離子體流動(dòng)控制的射流推力矢量裝置，其特征在于，所述的等離子體激勵(lì)器的電極均為銅電極，上下表面的兩個(gè)電極尺寸一致。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于等離子體流動(dòng)控制的射流推力矢量裝置，包括推力矢量噴管和等離子體激勵(lì)器，所述的推力矢量噴管包含進(jìn)氣道、氣流過(guò)渡段和擴(kuò)張段，及該推力矢量噴管產(chǎn)生主射流，提供推力；所述的等離子體激勵(lì)器對(duì)主射流進(jìn)行控制。本發(fā)明無(wú)需外接氣源和復(fù)雜的氣流管道，等離子體激勵(lì)器的響應(yīng)速度更快。
【IPC分類】F03H1/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105422401
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510897112
【發(fā)明人】王杰, 史志偉, 胡亮, 朱佳晨, 付軍泉
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年12月8日