高超声速飞行器等离子体鞘套控制装置及流场参数算法的制作方法

本发明属于流体力学流动控制领域、等离子体物理应用领域，具体涉及一种高超声速飞行器等离子体鞘套控制装置及流场参数算法。

背景技术：

1、飞行器在临近空间高超声速飞行，尤其是超高速远程滑翔飞行的飞行高度为40km~80km高空、大于马赫数10的滑翔飞行时间在1000s量级以上。飞行器的周围产生的弓形激波压缩并加热气体，在边界层内，由于粘性的作用，温度进一步升高，机体周围电子数密度升高形成等离子鞘套，包裹着飞行器表面。一方面，等离子鞘套会严重吸收和散射电磁波，使飞行器面临长时间的“黑障”问题，对飞行器的导航、制导与控制、遥测等产生不良影响。另一方面，等离子体鞘层会吸收、散射地面雷达的探测信号，有可能使地面预警雷达系统无法对飞行器进行观察、识别、跟踪，这一现象在飞行器隐身技术中有着十分重要的应用价值。

2、等离子体隐身技术作为一种全新的隐身概念，其原理是将能量引入飞行器周围，使空气发生电离，产生等离子体，或者把等离子体引入飞行器流场中，在飞行器周围形成等离子体层，减少飞行器对雷达的回波讯号强度，达到飞行器隐身的目的。国内外经过长时间的研究及多次地面和飞行实验验证，在众多等离子体隐身方案中最具可行性的两种方法分别是等离子体喷注和电磁调控。

3、当前，亟需发展一种综合利用这两种技术手段优势的高超声速飞行器等离子体鞘套控制装置及流场参数算法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的一个技术问题是提供一种高超声速飞行器等离子体鞘套控制装置，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种高超声速飞行器等离子体鞘套控制装置流场参数计算方法，用于高超声速飞行器等离子体鞘套的调控，以实现飞行器全速域工况隐身目的。

2、本发明的高超声速飞行器等离子体鞘套控制装置，其特点是，所述的高超声速飞行器等离子体鞘套控制装置包括异形电磁铁线圈和碱金属喷流装置；

3、飞行器绝缘外壳为钝头体，在飞行器绝缘外壳的内腔的中心轴线上，从前至后依次放置与钝头体内腔匹配的异形电磁铁线圈和碱金属喷流装置；异形电磁铁线圈连接电源；在飞行器绝缘外壳的内壁，与飞行器驻点对应的位置，设置有若干喷注孔，碱金属喷流装置通过导管向流场激波层内喷注带电等离子体，提高流场电导率；

4、在高超声速流场中，飞行器绝缘外壳的钝前缘出现脱体激波，电源为异形电磁铁线圈通电，提供外加磁场；在飞行速度达到马赫数10及以上时，高超声速流场出现热电离，产生等离子体鞘套层；碱金属喷流装置通过导管向流场激波层内喷注带电等离子体，进一步增强脱体激波与飞行器绝缘外壳之间的流体电导率；导电流体与外加磁场相互作用产生外推洛伦兹力，向外外推脱体激波、气流减速，气体动能转化为内能，高超声速高温磁流体流场局部温度升高，高温区增大，气体离解和电离程度进一步增加，等离子体鞘套层增厚，达到电磁隐身目的。

5、进一步地，所述的碱金属喷流为掺混钾离子的导电气体。

6、进一步地，所述的碱金属喷流装置导管上设置有控制气态碱金属喷流流量和通断的电磁阀。

7、本发明的高超声速等离子体鞘套控制装置的流场参数计算方法，包括以下步骤：

8、s10.根据高超声速飞行器工作马赫数和飞行高度，计算高超声速高温磁流体流场热力学参数；

9、s20.计算高超声速高温磁流体流场空间范围内的磁场强度分布；

10、s30.给高超声速高温磁流体流场赋初值；

11、s40.计算控制方程右端项，计算热化学非平衡源项及电磁源项，对高超声速高温磁流体流场进行隐身迭代求解；

12、s50.获取高超声速高温磁流体流场的原始变量，基于高超声速高温磁流体流场的原始变量，求解等离子体鞘套电磁参数。

13、本发明的高超声速飞行器等离子体鞘套控制装置及流场参数算法建立了可控的高超声速飞行器等离子体鞘套，为飞行器隐身技术的发展进行了技术探索和储备。

技术特征：

1.高超声速飞行器等离子体鞘套控制装置，其特征在于，所述的高超声速飞行器等离子体鞘套控制装置包括异形电磁铁线圈（2）和碱金属喷流装置（5）；

2.根据权利要求1所述的高超声速飞行器等离子体鞘套控制装置，其特征在于，所述的碱金属喷流为掺混钾离子的导电气体。

3.根据权利要求1所述的高超声速飞行器等离子体鞘套控制装置，其特征在于，所述的碱金属喷流装置（5）导管上设置有控制气态碱金属喷流流量和通断的电磁阀。

4.高超声速等离子体鞘套控制装置的流场参数计算方法，其用于计算权利要求1~3中任意一种所述的高超声速飞行器等离子体鞘套控制装置建立的高超声速高温磁流体流场的等离子体鞘套电磁参数，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明属于流体力学流动控制领域、等离子体物理应用领域，公开了一种高超声速飞行器等离子体鞘套控制装置及流场参数算法。等离子体鞘套控制装置包括异形电磁铁线圈和碱金属喷流装置；飞行器绝缘外壳为钝头体，在飞行器绝缘外壳的内腔的中心轴线上，从前至后依次放置与钝头体内腔匹配的异形电磁铁线圈和碱金属喷流装置；在飞行器绝缘外壳的内壁，与飞行器驻点对应的位置，设置有若干喷注孔，碱金属喷流装置通过导管向流场激波层内喷注带电等离子体，提高流场电导率。流场参数算法基于高超声速高温磁流体流场参数求解等离子体鞘套电磁参数。等离子体鞘套控制装置及流场参数算法为飞行器隐身技术的发展进行了技术探索和储备。技术研发人员：罗仕超,张志刚,吴里银,孔小平,胡守超,吕明磊,慎志豪受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所技术研发日：技术公布日：2024/4/17