[发明专利]一种高超声速飞行器表面等离子直流脉冲姿态控制辅助推进系统

摘要

本发明涉及一种高超声速飞行器表面等离子直流脉冲姿态控制辅助推进系统，属于飞行器动力技术领域。外表面沿着运动方向垂直间隔嵌入上下左右4对电极条，每一对电极条由IN1电极条及IN2对偶电极条构成，通过飞行器表面等离子直流脉冲实现辅助推进及姿态控制，通过驱动两组直流脉冲等离子驱动；在高超声速飞行器表面分割为上、下、左、右四个区域，每一个区域都有两种电极IN1和IN2，两组电极电压脉冲极性相反，通过驱动双直流脉冲等离子驱动；采用直流脉冲等离子驱动PWM调制系统以AT89S52单片机为控制核心，由命令输入模块、LED显示模块及直流脉冲功率放大驱动模块组成，实现数码精确控制，彻底改变了飞行器的推进方式，更节能，从原理上消除了飞行器表面阻力的来源，极具发展潜力。

主权项

1.一种高超声速飞行器表面等离子直流脉冲姿态控制辅助推进系统，其特征在于：由IN1电极条（2）、IN2对偶电极条（3）、操控推杆（4）和直流脉冲等离子驱动控制系统构成；飞行器的整个外表面沿着运动方向垂直间隔嵌入上下左右4对电极条，每一对电极条由IN1电极条（2）及IN2对偶电极条（3）构成，IN1电极条（2）、IN2对偶电极条（3）均相互平行排列；飞行器外壳层采用耐高温绝缘材料，表层嵌入的电极条后与飞行器外壳层共同打磨，构成光滑的表面；通过飞行器表面等离子直流脉冲实现辅助推进及姿态控制，通过驱动两组直流脉冲等离子驱动；在高超声速飞行器表面分割为上、下、左、右四个区域，每一个区域都有两种电极IN1和IN2，两组电极电压脉冲极性相反，通过驱动双直流脉冲等离子驱动；输入端IN1为间断脉冲信号ΦIN1=‑Aexp(u₁+ωt)，IN2为另一组间断脉冲信号ΦIN2=Aexp(u₂+ωt)，IN1与IN2输出的脉冲电压和脉宽频率完全相同，两组脉冲电压存在的唯一差异就是存在一个微小的相位差u₂‑u₁=ω∙Δt，其中Δt≤ΔL/v，ΔL是两组电极之间的相对位置的间隔距离；当u₂‑u₁≥0，为正向加速，此时，第一组电极的正负电极周围的聚集了相反电荷的等离子体，在电极电压消失的瞬间，第二组正负电极出现相反的正负电压，在静电的作用下，聚集在第一组电极表面的等离子体向第二组电极移动；这种移动在高超声速飞行器表面同时存在，移动的位移量为ΔL；这样的过程通过脉冲电压反复进行，这样就实现了等离子体在高超声速表面的移动；当u₂‑u₁≤0，为负向加速，整个过程正向相同，但等离子体表面的移动方向相反，这样就使得高超声速飞行体表面的等离子体与运动方向相反，而发生减速；直流脉冲等离子驱动调PWM（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的直流电源开关频率，调制脉冲宽度，如果一组脉冲宽度与另一组脉冲宽度不一样，两组直流脉冲的脉宽存在一个差值，这个差值满足u₂‑u₁=ω∙Δt，就实现了两组脉冲相位差的控制；对于方向控制所采用的原理相同，如果四组电极的脉冲电压相位完全一致，则实现整体加速或减速；上表面区域的两组电极u₂‑u₁≥0，则上表面加速，下表面区域的两组电极u₂‑u₁≤0，则下表面减速，飞行器会向下运动，反之则向上运动；左表面区域的两组电极u₂‑u₁≥0，则左表面加速，右表面区域的两组电极u₂‑u₁≤0，则右表面减速，飞行器会向右运动，反之则向左运动；u₂‑u₁之间的相位差值是通过控制脉冲相位实现的；相位脉冲的强弱采用功率放大器进行功率放大，从而实现直流脉冲等离子驱动力的控制；该控制系统设置有传感器，温度信号通过PL1.1端口输入，用于获知飞行器表面温度；加速度信号通过PL1.2端口输入，用于获知飞行器的运动状态，重力加速度传感器信号通过PL1.3端口输入，用于判断飞行器与重力场之间的关系；当飞行处于自动控制状态时，飞行姿态的控制通过预先编写好的姿态控制程序进行控制，通过PL1.0端口输入。