[发明专利]基于混合动力合成射流激励器的推力矢量控制系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于混合动力合成射流激励器的推力矢量控制系统和方法，系统包括喷管和设置在喷管扩张段内外壁之间的多个混合动力合成射流激励器，混合动力合成射流激励器包括两个电极、一个压电振动薄膜、激励器腔体、电源和喉部喷管，压电振动薄膜设置在激励器腔体的前端面上，两个电极设置在激励器腔体内，电源与两个电极和所述压电振动薄膜连接，激励器腔体的出口通过喉部喷管与扩张段内壁面连通。在混合动力合成射流激励器两电极施加高电压产生放电形成高温高压的等离子体，同时压电振动薄膜开始工作，在射流排出阶段将高温高压的气体加速排出腔外，在气体回填阶段将腔外的空气吸入腔内。本发明结构简单，响应频率快，射流速度快。

技术领域

本发明涉及飞行器发动机推力矢量控制领域，具体涉及一种基于混合动力合成射流激励器的推力矢量控制系统和方法。

背景技术

在传统的超超音速飞行器动力装置的设计中，发动机只能提供平行于机身轴向的动力，而飞行器的姿态调整需要靠气动舵面偏转所产生的非对称气动力矩来实现。随着推力矢量技术在飞行器姿态控制中的不断应用，飞行器的机动性得到了较大程度的提升。推力矢量技术是指通过改变发动机喷出气流方向来控制飞行器飞行姿态的一种方法。推力矢量技术由发动机推力的分量产生气动力矩，可以直接对飞行器的姿态进行控制，大大的提高了飞行器的机动性能。然而传统的推力矢量技术主要是机械式的被动流动控制，比如折流板，二元矢量喷管和轴对称矢量喷管等装置。这些技术还存在一些难以解决的问题，例如结构复杂、响应速度慢、推力损失大等。

随着流体技术的不断发展，专家们提出了许多流体式推力矢量装置的设计思路。流体式推力矢量装置是想借助于二股射流去影响主流的方向，从而达到推力矢量控制的目的。流体式推力矢量装置大致可以分为：激波矢量喷管、喉道偏斜喷管、合成射流喷管、Coanda效应喷管和引射效应矢量喷管等。由于目前一般的流体式推力矢量装置仍然存在射流强度不高、对高超声速主流影响不明显、以及机械结构复杂不利于轻量化设计等不足，导致无法较好的满足超高声速飞行器的流动矢量控制的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于混合动力合成射流激励器的推力矢量控制系统和方法以解决上述问题。

实现本发明的技术解决方案为：一种基于混合动力合成射流激励器的推力矢量控制系统，其特征在于包括喷管和设置在喷管扩张段内外壁之间的多个混合动力合成射流激励器，所述混合动力合成射流激励器包括两个电极、一个压电振动薄膜、激励器腔体、电源和喉部喷管，所述压电振动薄膜设置在激励器腔体的前端面上，所述两个电极设置在激励器腔体内，所述电源与两个电极和所述压电振动薄膜连接，所述激励器腔体的出口通过喉部喷管与扩张段内壁面连通。

进一步地，所述喷管为拉瓦尔喷管，包括收缩段、喉部过渡段和扩张段。

进一步地，多个混合动力合成射流激励器对称布置在扩张段内外壁之间。

进一步地，所述混合动力合成射流激励器数量为8个。

进一步地，所述激励器腔体为圆柱体。

进一步地，所述喉部喷管的轴向方向与喷管轴线平行。

进一步地，所述混合动力合成射流激励器与喉部过渡段的距离为5-30cm。

进一步地，混合动力合成射流激励器还包括变压器M、电阻R、电容C、绝缘栅双极型晶体管IGBT、开关S，所述电源包括直流电源E和交流电源Vc，所述直流电源E的正极通过绝缘栅双极型晶体管IGBT与变压器M的一端连接，所述直流电源E的负极与变压器M的一端连接，变压器M的另一端通过电阻R与电容C的两端连接，电容C的两端分别连接所述两个电极，所述交流电源Vc通过开关S与压电振动薄膜的两端连接。

一种根据上述所述的基于混合动力合成射流激励器的推力矢量控制系统的矢量控制方法，根据飞行器所需的动力方向，使得与所述动力方向相反的混合动力合成射流激励器处于工作状态。