一种利用等离子体的发动机喷管流动控制装置与方法

1.本发明涉及一种发动机喷管，具体涉及一种利用等离子体的发动机喷管流动控制装置与方法。


背景技术：

2.固体火箭发动机具有结构简单、安全可靠、机动性强、备战时间长等突出优点成为武器系统的主要动力源。固体火箭发动机工作范围宽，内部容易导致流动分离与压力脉动，造成工作性能不稳定。
3.为了提高发动机推力性能，近年来采用的喷管扩张比越来越大，导致其稳定性大大降低。等离子体流动控制是一种基于等离子体气动激励的主动流动控制方法，主要是基于等离子体气动激励对流场施加作用力，由于其无运动部件、重量轻、响应时间短等优点得到了广泛的研究。按照放电原理、等离子体特性的不同，等离子体气动激励主要可以分为：交流介质阻挡放电等离子体气动激励、电弧放电等离子体气动激励、电晕放电等离子体气动激励、微波放电等离子体气动激励、组合放电和其他新型等离子体气动激励。此外，采用等离子体对喷管进行流动控制，还有益于飞行器隐身。
4.与现有技术相比，本发明提供的利用等离子体的发动机喷管流动控制装置与方法具有结构简单、可靠性高、适应性强、无需利用复杂的机械结构改变喷管外形，降低了飞行器的重量、不会因为喷管外形的改变增加飞行器的阻力、同时可以显著提高飞行器的隐身性能等优势。


技术实现要素：

5.本发明主要解决的技术问题是提供一种利用等离子体的发动机喷管流动控制装置与方法，通过喷管内外表面多个探测传感器动态采集获得喷管内、外流场参数，基于数据分析选择相应的动态控制策略，在喷管内部及外部动态产生等离子体，动态反馈控制喷管内外流场，消除喷管内流动分离与压力脉动，维持发动机喷管的稳定运行。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用等离子体的发动机喷管流动控制装置，其特征在于，包括发动机喷管主体、喷管外部等离子体发生器、喷管内部等离子体发生器，喷管内外表面多个探测传感器、喷管流动状态测试系统、喷管流动状态分析系统与喷管流动控制系统。
7.所述发动机喷管主体，其特征在于，根据发动机需求设计。
8.所述喷管外部等离子体发生器，其特征在于，在喷管外部产生等离子体，用于喷管外部流场控制，为环形，嵌入喷管主体外部。
9.所述喷管内部等离子体发生器，其特征在于，在喷管内部产生等离子体，用于喷管内部流场控制，为环形，嵌入喷管主体内部。
10.所述喷管内外表面多个探测传感器，其特征在于，安装于在喷管内、外表面，探测喷管内、外流场参数。
11.所述喷管流动状态测试系统，其特征在于，通过喷管内外表面多个探测传感器动态采集获得喷管内、外流场参数。
12.所述喷管流动状态分析系统，其特征在于，对喷管流动状态测试系统获得的喷管内、外流场参数进行数据动态分析，形成相应的动态控制策略。
13.所述喷管流动控制系统，其特征在于，根据喷管流动状态分析系统形成的动态控制策略，对喷管外部等离子体发生器与喷管内部等离子体发生器进行控制，在喷管内部及外部动态产生等离子体，动态反馈控制喷管内外流场，消除喷管内流动分离与压力脉动，维持发动机喷管的稳定运行。
14.本发明的另一个方面提供一种利用等离子体的发动机喷管流动控制方法，其特征在于，利用喷管内、外流场参数数据分析算法，通过动态分析喷管内、外流场参数数据，形成相应的动态控制策略，在喷管内部及外部动态产生等离子体，动态反馈控制喷管内外流场，消除喷管内流动分离与压力脉动，维持发动机喷管的稳定运行，其步骤包括：s1：通过喷管内外表面多个探测传感器动态采集获得喷管内、外流场参数；s2：基于喷管内、外流场参数数据分析算法对喷管流动状态测试系统获得的喷管内、外流场参数进行数据动态分析，形成相应的喷管内、外流场动态控制策略；s3：根据喷管内、外流场动态控制策略，控制喷管内部及外部动态产生等离子体及其参数；s4：根据流场控制效果评估方法评价流动控制效果，反馈至s1进行动态反馈控制。
15.所述喷管内、外流场参数数据分析算法，其特征在于，根据发动机喷管工作模式，对发动机喷管内、外部流场参数进行聚类分析，确定喷管流场不稳定模式。
16.所述喷管内、外流场参数数据分析算法，其特征在于，也可采用神经网络算法。
17.所述喷管内、外流场动态控制策略，其特征在于，根据喷管流场不稳定模式，在喷管内部及外部动态产生等离子体，调控等离子产生的位置、能量密度等，实现喷管内外流场动态反馈控制，从而消除喷管内流动分离与压力脉动，维持发动机喷管的稳定运行。
18.所述喷管内、外流场动态控制策略，其特征在于，也可采用人工智能控制策略。
19.所述流场控制效果评估方法，其特征在于，基于喷管内外表面多个探测传感器动态采集获得的喷管内、外流场参数开展流场效果评估。
20.本发明涉及的一种利用等离子体的发动机喷管流动控制装置与方法，具有的发明作用与效果有：（1）所述利用等离子体的发动机喷管流动控制装置具有结构简单、可靠性高、适应性强、无需利用复杂的机械结构改变喷管外形，降低了飞行器的重量、不会因为喷管外形的改变增加飞行器的阻力、同时可以显著提高飞行器的隐身性能；（2）所述利用等离子体的发动机喷管流动控制方法基于利用喷管内、外流场参数的动态数据分析与评估反馈，闭环动态反馈控制喷管内外流场，消除喷管内流动分离与压力脉动，维持发动机喷管的稳定运行，
附图说明
21.图1是利用等离子体的发动机喷管流动控制装置的结构示意图。
22.图2是利用等离子体的发动机喷管流动控制方法步骤示意图。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
24.请参阅图1-2，本发明实施例包括：如图1所示，本发明提供了一种利用等离子体的发动机喷管流动控制装置1，包括发动机喷管主体2、喷管外部等离子体发生器3、喷管内部等离子体发生器4，喷管内外表面多个探测传感器5、喷管流动状态测试系统6、喷管流动状态分析系统7与喷管流动控制系统8。
25.所述发动机喷管主体2，其特征在于，根据发动机需求设计。
26.所述喷管外部等离子体发生器3是在喷管外部产生等离子体，用于喷管外部流场控制，为环形，嵌入喷管主体外部。
27.所述喷管内部等离子体发生器4是在喷管内部产生等离子体，用于喷管内部流场控制，为环形，嵌入喷管主体内部。
28.所述喷管内外表面多个探测传感器5是安装于在喷管内、外表面，探测喷管内、外流场参数。
29.所述喷管流动状态测试系统6通过喷管内外表面多个探测传感器5动态采集获得喷管内、外流场参数。
30.所述喷管流动状态分析系统7对喷管流动状态测试系统获得的喷管内、外流场参数进行数据动态分析，形成相应的动态控制策略。
31.所述喷管流动控制系统8根据喷管流动状态分析系统形成的动态控制策略，对喷管外部等离子体发生器与喷管内部等离子体发生器进行控制，在喷管内部及外部动态产生等离子体，动态反馈控制喷管内外流场，消除喷管内流动分离与压力脉动，维持发动机喷管的稳定运行。
32.本发明实施例的另一个方面提供一种利用等离子体的发动机喷管流动控制方法，利用喷管内、外流场参数数据分析算法，通过动态分析喷管内、外流场参数数据，形成相应的动态控制策略，在喷管内部及外部动态产生等离子体，动态反馈控制喷管内外流场，消除喷管内流动分离与压力脉动，维持发动机喷管的稳定运行，如图2所示，其步骤包括：s1：通过喷管内外表面多个探测传感器动态采集获得喷管内、外流场参数；s2：基于喷管内、外流场参数数据分析算法对喷管流动状态测试系统获得的喷管内、外流场参数进行数据动态分析，形成相应的喷管内、外流场动态控制策略；s3：根据喷管内、外流场动态控制策略，控制喷管内部及外部动态产生等离子体及其参数；s4：根据流场控制效果评估方法评价流动控制效果，返回至s1，进行动态反馈控制。
33.所述喷管内、外流场参数数据分析算法是根据发动机喷管工作模式，对发动机喷管内、外部流场参数进行聚类分析，确定喷管流场不稳定模式。
34.所述喷管内、外流场动态控制策略是根据喷管流场不稳定模式，在喷管内部及外部动态产生等离子体，调控等离子产生的位置、能量密度等，实现喷管内外流场动态反馈控制，从而消除喷管内流动分离与压力脉动，维持发动机喷管的稳定运行。
35.所述流场控制效果评估方法是基于喷管内外表面多个探测传感器动态采集获得的喷管内、外流场参数开展流场效果评估。
36.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。