一种高频响应矢量喷管的制作方法

本发明属于空气动力学主动流动控制领域，尤其涉及一种高频响应矢量喷管。

背景技术：

经过半个多世纪的探索与研究，气动领域的研究者对简单轴对称结构/二维矩形喷管的气动及热力学性能已经有了充分的了解。但近数十年，由于对飞行器机动性能、隐身性能、推进系统重量等要求的提高，简单构型的喷管已渐渐不再能满足现代军用武器发展的需求。为满足对隐身、低推进系统重量的要求，亟需要设计一种高频响应矢量喷管。

现有的研究中，常用于提供控制射流(区分于主流射流，也称二次射流)的有连续式气源、燃烧产生强合成射流、零质量合成射流发生器等。连续式气源作为控制射流的气源，在实验室条件下其易于实现，但真实的飞行器中，不论是气源、引压管路，还是气源控制系统都将增加飞行器重量，提高系统复杂程度；燃烧产生强合成射流的方法，其燃油、供气等也不易解决；零质量射流所需工质为外界主流，不用考虑气源和引压管路等问题，耗费能源也较小，但是传统的零质量射流能够诱导出的最大速度在0～80m/s的量级，并不适用在跨超声速的情况。

等离子体合成射流发生器是利用高压高频放电产生高频强射流的发生器，其产生的最大瞬时出口速度可达100～800m/s，有潜力作为控制射流的气源以获得良好的控制效果。

因此，基于等离子体合成射流发生器，设计一种高频响应矢量喷管，以提高矢量喷管的推力矢量，满足飞行器对隐身、低推进系统重量等的要求。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种高频响应矢量喷管，通过提高响应频率，提高了矢量喷管的推力矢量。

本发明的技术解决方案是：一种高频响应矢量喷管,包括：双喉道射流推力矢量喷管、等离子体合成射流发生器、直流高压脉冲电源；其中，

所述双喉道射流推力矢量喷管包括上游喉道、下游喉道以及二者之间形成的喉道间空腔，射流孔设置在上游喉道前；

等离子体合成射流发生器在所述直流高压脉冲电源的激励下，产生高频射流，从所述射流孔注入，使喉道间空腔内流动产生分离，在所述两喉道间空腔内部产生侧向分布不均匀的流场，使所述下游喉道的进气条件不再均匀，从而迫使主喷流发生偏转，获得高频的推力矢量，所述的高频为10hz-500hz。

优选的，所述上游喉道的高度a与所述下游喉道的高度b相等。

优选的，所述喉道间空腔的长度c与上游喉道的高度a之比为2.4～2.7。

优选的，所述喉道间空腔的扩张角d为8°～12°、收敛角e为23°～27°。

优选的，所述射流孔的注入角f为28°～32°。

优选的，所述等离子体合成射流发生器包括所述腔体、阴极电极、阳极电极和触发电极；

直流高压脉冲电源为安装在腔体上的阴极电极、阳极电极和激励电极供电，其中触发电极位于阴极电极、阳极电极之间，且触发电极与阳极电极之间的距离大于触发电极与阴极电极之间的距离；腔体上方设置与外部连通的气孔，直流高压脉冲电源中的电压范围1.6kv-10kv。

优选的，所述腔体的内径φg与腔体的高度h之比为0.8～1.2。

优选的，所述阴极电极、所述阳极电极和所述激励电极高度一致，且与腔体高度h之比为0.4～0.6。

优选的，所述的腔体上方设置的与外部连通的气孔为方斜孔，方斜孔的宽度i与腔体内径φg之比为0.05～0.1；方斜孔的长度与腔体内径φg之比为0.3～0.5。

优选的，所述阳极电极到所述触发电极的间距j与所述阴极电极到所述触发电极的间距k之比为1.05～1.2。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明采用等离子体合成射流发生器作为控制射流气源，极大限度的提高了响应频率，射流矢量的响应范围为10-100hz，提高了飞行器的机动性。

(2)本发明采用等离子体合成射流发生器作为控制射流气源，并将其置于双喉道喷管的第一喉道，在喷管落压比3-10的范围内均可实现有效的推力矢量，结构形式简单，易于实用化。

(3)本发明采用等离子体合成射流发生器作为控制射流气源，周期性的射流与喉道处分离频率相互耦合，从而增加控制效果，获得更大的推力矢量。

附图说明

图1是本发明实施例提供的高频响应矢量喷管的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实例对本发明作详细说明。

图1是本发明实施例提供的高频响应矢量喷管的结构示意图。如图1所示，该高频响应矢量喷管包括：双喉道射流推力矢量喷管1、高频等离子体合成射流发生器6、直流高压脉冲电源11；其中，

所述双喉道射流推力矢量喷管为主体部分，包括上游喉道2、射流孔3、喉道间空腔4和下游喉道5；所述高频等离子体合成射流发生器包括腔体7、阴极电极8、阳极电极9和激励电极(亦称触发电极)10；所述直流高压脉冲电源11与所述高频等离子体合成射流发生器的阴极电极8、阳极电极9和激励电极10相连；所述高频等离子体合成射流发生器在所述直流高压脉冲电源的激励下，产生高频射流，从所述双喉道射流推力矢量喷管上游喉道侧壁面的射流孔注入，使下游流动产生较大分离，在所述喉道间空腔内部产生侧向分布不均匀的流场，使所述下游喉道的进气条件不再均匀，从而迫使主喷流发生偏转，获得10hz-500hz的高频推力矢量。

其中双喉道射流推力矢量喷管的上游喉道的高度a与所述下游喉道的高度b相等；所述喷管的喉道间空腔的长度c与上游喉道的高度a之比为2.4～2.7；所述双喉道射流推力矢量喷管的喉道间空腔的扩张角d为8°～12°、收敛角e为23°～27°；所述射流孔的次流注入角f为28°～32°；所述高频等离子体合成射流发生器的腔体内径φg与腔体高度h之比为0.8～1.2；所述阴极电极、所述阳极电极和所述激励电极与所述高频等离子体合成射流发生器的腔体高度h之比为0.4～0.6；

所述高频等离子体合成射流发生器的腔体7上方设置的与外部连通的气孔为方斜孔，方斜孔的宽度i与腔体内径φg之比为0.05～0.1；方斜孔的长度与腔体内径φg之比为0.3～0.5。

所述阳极电极9到所述触发电极10的间距j与所述阴极电极8到所述触发电极10的间距k之比为1.05～1.2。所述阳极、所述激励极、所述阴极的直径φl与所述腔体的内径φg之比为0.05～0.08。

本发明设计的高频响应矢量喷管，主要应用于高机动飞行器的尾部喷管。当等离子体合成射流发生器与喉道处分离流动处于非耦合状态时，可产生瞬态的微推力矢量；当等离子体合成射流发生器与喉道处分离流动处于耦合状态时，可产生连续的强推力矢量。应用对象包括各类导弹和飞机的尾部喷管。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

技术特征：

技术总结
一种高频响应矢量喷管,包括：双喉道射流推力矢量喷管(1)、等离子体合成射流发生器(6)、直流高压脉冲电源(11)；其中，所述双喉道射流推力矢量喷管(1)包括上游喉道(2)、下游喉道(5)以及二者之间形成的喉道间空腔(4)，射流孔(3)设置在上游喉道前；等离子体合成射流发生器(6)在所述直流高压脉冲电源(11)的激励下，产生高频射流，从所述射流孔(3)注入，使喉道间空腔(4)内流动产生分离，在所述两喉道间空腔(4)内部产生侧向分布不均匀的流场，使所述下游喉道(5)的进气条件不再均匀，从而迫使主喷流发生偏转，获得高频的推力矢量，所述的高频为10Hz‑500Hz。

技术研发人员：郭丰领;魏巍;杨辉
受保护的技术使用者：中国航天空气动力技术研究院
技术研发日：2018.11.26
技术公布日：2019.04.16