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等離子體致動器對超音速彈丸的制導(dǎo)
（論文部分內(nèi)容摘抄）
飛行器軌跡的改變是由于作用于機(jī)體表面的壓力失衡而得以實現(xiàn)的這種壓力不平衡可能通過地面部署或使用沿車輛合理分布的一個或多個煙火裝置而產(chǎn)生。使用表面擴(kuò)張技術(shù)的主要缺點是，為了克服在高速速度下遇到的非常高的壓力，需要用很大的力來部署表面。因此，使用煙火機(jī)構(gòu)對高速車輛更合適，但當(dāng)必須給高速車輛一個攻擊角度時，煙火機(jī)構(gòu)只能工作一次，產(chǎn)生一切或一無所有，這是一個主要的缺點。
在高速彈丸的情況下，沖擊波發(fā)生在前端或前端，這取決于前端的幾何形狀。當(dāng)彈丸在沒有任何攻擊角度的情況下飛行時，其表面上分布的壓力相互平衡。對于一個同錐形頭部的彈丸，沖擊波附著在鏈尖上，沖擊波本身也是回錐形的。所提出的概念包括通過在彈頭前列產(chǎn)生一個或多個等離子體放電來產(chǎn)生彈頭周圍流變量的不平衡，以給彈頭一個攻擊角度。在有限扁區(qū)上產(chǎn)生的等離子體放電改變了彈丸及其邊界層周圍的流動結(jié)構(gòu)。
數(shù)值模擬：
利用CFX-10'編碼對等離子體放電與彈道交叉流的相互作用進(jìn)行了數(shù)值擬。流體求解器基于雷諾平均納維-斯托克斯方程，并為可壓縮、瞬態(tài)、湍流的單相流體流動提供解。對于本文提出的計算，SST湍流雙方程模型被用來提供動量和能量的湍流傳輸與平均流變量和流體特性之間的聯(lián)系。在空間上使用一階離散化方案和在時間上使用二階。
對無攻角的20 mm口徑彈丸進(jìn)行了數(shù)值研究電極的位置與實驗確定的位置相同。所研究的結(jié)構(gòu)具有對稱面，因此對半個計算域進(jìn)行了數(shù)值研究計算只考慮了繞流，沒有對彈丸尾流進(jìn)行網(wǎng)格化處理。采用塊結(jié)構(gòu)的非正交網(wǎng)格對區(qū)域進(jìn)行離散化。
用（廣州市元奧儀器有限公司的pco.dicam型號）高速相機(jī)記錄干涉圖，曝光時間為0.2us。為其中存儲在電容器中的能量的配置拍攝了一系列照片。在風(fēng)洞條件下產(chǎn)生的等離子體放電在M=3沒有任何攻角。電極間距為3.5mm。圖4顯示了在等離子體放電(t=0)之前和開始后的3個瞬間所拍攝的照片等離子體放電，直到它在250微秒處熄滅?？梢暬Y(jié)果表明，等離子體放電的產(chǎn)生在彈丸表面和附著在錐形彈丸前列的沖擊波之間產(chǎn)生擾動。擾動在一定的時間內(nèi)保持，并足以扭曲附體激波。正如預(yù)期的那樣，彈頭上側(cè)的擾動比下側(cè)的擾動力強(qiáng)，導(dǎo)致流場不平衡。在激波隧道設(shè)施中進(jìn)行了更多的實驗，以證明在實際條件下超音速彈丸前列的等離子體放電的可行性。等離子體放電進(jìn)行了
如圖顯示了在等離子體放電(t=0)之前和等離子放電開始后5秒鐘內(nèi)拍攝的可視化再次證明，等離照片。電容器中儲存的能量為50J。電極距離為9.5mm。子體放電的產(chǎn)生在彈丸表面和附在錐形彈丸前列的沖擊波之間產(chǎn)生擾動。由于曝光時間短，除了流動的主要結(jié)構(gòu)外，還可以看到小的結(jié)構(gòu)。
已經(jīng)開發(fā)出嵌入在彈丸模型中的等離子體致動器裝置，以便在彈丸前列產(chǎn)生等離子放電。利用ISL風(fēng)洞設(shè)施研究了錐形彈丸前列產(chǎn)生的等離子體放電與馬赫數(shù)為3的橫流的相互作用。通過使用位于差分干涉儀后面的CCD攝像機(jī)獲得的流場可視化允許驗證數(shù)值模擬，其中等離子體放電以非常簡單的方式建模，這似乎足以作為一種方法。
這項研究將繼續(xù)在風(fēng)洞和激波管設(shè)施中進(jìn)行，并計劃在明年進(jìn)行自由飛行試驗。這種類型的等離子體致動器可以嵌入射彈表面的任何位置或其其他部分，特別是在魚鰭、魚等處。這個概念也可以應(yīng)用到其他亞音速、超音速或高超音速飛行器如導(dǎo)彈、無人機(jī)、接駁小艇、助波器等。然而，每個應(yīng)用程序都需要一個優(yōu)化階段，這是一項長期的工作。這是因為，所產(chǎn)生的氣動力和力矩是馬赫數(shù)、攻擊角、致動器數(shù)、傳遞的能量和電壓、致動器的定位電極距離等的函數(shù)。
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