[发明专利]主动等离子体喷射装置及高超声速飞行器主动隐身方法

说明书

本发明属于脉冲放电等离子体应用技术领域，公开了一种主动等离子体喷射装置及高超声速飞行器主动隐身方法；利用脉冲合成电源，产生高电压脉冲和大电流脉冲，驱动间隙放电，产生等离子体喷射；喷射等离子体进入等离子体鞘套，对等离子体鞘套进行调控；采用重复频率脉冲合成电源，产生重复频率脉冲放电，实现重复频率脉冲等离子体喷射，持续不断的对等离子体鞘套进行调控，实现高超声速飞行器的隐身。本发明通过产生强度、参数、时间可调的等离子体喷射，对等离子体鞘套进行调控，改变等离子体鞘套的电子密度的大小和分布，从而使高超声速飞行器产生目标探测异常，具有灵活性高、可控性强、成本低等特点。

技术领域

本发明属于脉冲放电等离子体应用技术领域，尤其涉及一种主动等离子体喷射装置及高超声速飞行器主动隐身方法。

背景技术

目前，高速飞行器再入大气层时，空气被急剧压缩，飞行器前端会形成一道强激波。由于飞行器壁面与空气分子产生强烈摩擦，飞行器周围空气的温度、压力急剧升高，使空气中分子和原子的电子被激发到高能级，发生电离，出现离子和自由电子，在飞行器的外围形成等离子体鞘套。电磁波在等离子体鞘套内传播过程中，因被等离子体鞘套反射、吸收，电磁波强度产生衰减，并出现偏折、延时、相移等效应，从而导致用于通讯或探测的电磁波传输衰减或反射，引发一系列电磁效应，产生目标探测异常等系列问题，已成为制约临近空间高速飞行器发展的瓶颈和亟待解决的世界难题。

等离子体鞘套会使目标飞行器周围均匀环绕着等离子云，在对方雷达发出的电磁波同等离子云共同作用下，首先因为电磁波在穿越等离子体时，电磁波会与等离子体的带电粒子相互作用，将部分能量传递给带电粒子，电磁波的能量被吸收，从而自身能量逐渐衰减。其次，受一系列物理作用的影响，电磁波将绕过等离子体或者产生折射而改变传播方向。因此返回到雷达接收机的电磁能量就很小，使雷达难以发现隐藏在等离子体云中的飞行器而实现隐身。

近年来，通过对高超声速流场的流体特性进行研究，并探索电磁波与鞘套等离子体层之间的相互作用，越来越多的方法可以对等离子体鞘套包附下的高超声速飞行器进行雷达探测，获得高超声速飞行器的RCS，突破等离子体鞘套对高超声速飞行器进行探测逐渐变成了可能。

由于高超声速飞行器处于复杂的气动热环境下，材料隐身技术难以实现，等离子体隐身技术在国内尚无工程应用先例，因此，目前高超声速飞行器主要依靠外形设计实现隐身设计。目前国内对飞行器隐身设计技术的研究主要集中在低速飞行器。这些研究主要集中在低速飞行器；隐身性能评估方面，受制于计算硬件的限制，RCS计算和气动计算方法普遍以高频算法为主，即使采用高精度算法－矩量法，计算频率也较低，普遍的不足是计算方法精度不高，隐身计算波段的频率较低，使其可信度大大降低。针对高超声速飞行器，采用矩量法计算飞行器RCS，采用求解N-S方程的方法求解气动性能，建立了基于直接全局优化算法、二次曲线参数化方法和Kriging代理模型的气动隐身设计平台，对一种高超声速飞行器进行了优化设计研究，并通过风洞试验验证了气动性能。