基于等离子体虚拟舵面的高超声速主动增强控制方法研究

项目名称： 基于等离子体虚拟舵面的高超声速主动增强控制方法研究

项目编号： No.61473228

项目类型： 面上项目

立项/批准年度： 2015

项目学科： 自动化技术、计算机技术

项目作者： 王鑫

作者单位： 西北工业大学

项目金额： 80万元

中文摘要： 本项目针对基于等离子体流动的高超声速飞行器操控问题，提出了一种由飞行器表面等离子体可控流动形成等效虚拟舵面的姿态主动控制方法；在高超声速动力学控制领域与等离子体电磁学领域开展交叉研究。项目首先基于磁流体力学原理，对流体力学方程、电磁场麦克斯韦方程进行耦合求解，建立等离子体流动的动力学模型，研究其动态演变的动力学行为规律。其次基于洛仑兹力效应，诱导等离子体流动；采用数值计算和气动实验校核相结合的方法，完成等离子体激励器作用机理和相关气动力、力矩特性的分析。最后通过介质阻挡放电的方式，研究等离子体流动受控激励的响应模式和在飞行器机体上的布局方式，形成具有主动控制效能的等离子体虚拟舵面；辅助常规控制面增强高超声速飞行器的姿态控制性能，扩大飞行器可用的控制包线和参数范围。项目研究成果对于高超声速飞行器在长航时、复杂飞行环境及非设计理想条件下的操控技术具有重要的基础科学价值和应用价值。

中文关键词： 高超声速飞行器；磁流体力学；等离子体动力学；虚拟舵面；主动控制

英文摘要： This application form focuses on the manipulating issue about the plasma-assisted hypersonic flight. A strategy called plasma virtual rudder is put forward based on the control of plasma flow. The hypersonic dynamics and plasma electromagnetic dynamics will be cross researched. We find the coupled solution to the fluid mechanics equation and electromagnetic field maxwell equation using MagnetoHydroDynamics(MHD)theory. We establish the dynamics of plasma flow and analyze its behavior rule. For the control of plasma flow,the lorentz force,the numerical calculation and aerodynamics experiment verification are described. The mechanism of action of plasma actuators and the character of plasma-aerodynamic forces and moments are introduced. As a result the plasma virtual rudders for the active control purpose are characterized based on the layout and the response of plasma actuators using Dielectric Barrier Discharge(DBD).One significance of these plasma virtual rudders is the enhanced attitude control authority assisting the traditional mechanical flaps, where the larger control envelop and more practicable parameters may be achieved. The form of plasma virtual rudders allow more suitability for lang-time flight in complex hypersonic environment, which might have significant value in the off-design hypersonic control tasks.

英文关键词： hypersonic;MHD;plasma dynamics;virtual rudder;active control