基于等离子体激励的飞翼布局飞行器气动力矩控制.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaSep．252013V01．34No．92038—2046ISSN1000—6893ON11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．CRhkxb@buaaedu．cn基于等离子体激励的飞翼布局飞行器气动力矩控制杜海，史志伟*，倪芳原，程瑞斌，戴新喜南京航空航天大学航空宇航学院，江苏南京210016摘要：以飞翼布局飞行器所面临的飞行控制问题为背景，采用气动力测量技术和粒子图像测速(PIV)技术，在来流风速为8．2m／s时，研究了介质阻挡放电等离子体激励器对飞翼布局飞行器气动力矩

2、的作用。研究结果表明：在飞行器不同位置布置不同的激励器，可以实现对飞行器滚转、偏航及俯仰力矩的控制；改变激励电压，实现了对气动力矩的比例控制；通过与常规舵面的舵效进行比较，采用等离子体激励器获得的气动力矩控制，可以达到常规舵面一定偏转角度的控制效果。流场测量结果表明：等离子体激励器对飞翼布局飞行器气动力矩的控制，主要是通过控制流动分离和前缘涡破碎点位置的变化来实现的。因此，可以考虑应用等离子体流动控制技术来增强传统的舵面控制，并在提高控制效率的基础上，使其成为一种新型的飞行控制方式。关键词：飞翼布局；等离子体；流动控制；气动力；粒子图像测速中图分类号：V211．7文献

3、标识码：A文章编号：1000—6893(2013)09203809无尾飞翼气动布局具有增升、减阻、减重和减小雷达散射面积(RadarCrossSection，RCS)等优势。相比有尾翼的气动布局，无尾布局常规舵面和操纵机构较少，气动载荷的分布更胜一筹，能够有效地提高升阻比。同时，也因为缺少垂尾和平尾，无尾布局飞机往往纵向以及航向静稳定性不足，这就要求飞翼上各种操纵面和推力矢量等装置共同作用来产生所需的各种力和力矩，但相应地也增加了操纵的难度口]。而主动流动控制技术的发展为其提供了一种创新性的解决思路。近年来，研究人员发现了采用流动控制手段，可以实现对飞行器的飞行控制E

4、z]。Moeller和Rediniotis在三角翼模型上，通过射流改变涡破碎位置，控制飞行器的气动力矩，初步验证了无铰链飞行器的可行性口]。而等离子体激励器由于结构简单、质量轻、厚度小和功率低，在流动控制及飞行控制方面，具有广阔的应用前景[4。13I。Lopera等[91研究了无人机(UnmannedAerialVehicle，UAV)的等离子体气动力控制；Patel等[1叩开展了在1303型飞翼无人机上布置等离子体气动激励器的风洞试验，结果表明等离子体气动激励器通过控制机翼表面的流场涡能在很大的迎角范围内显著改善飞行器的升力和阻力，并由此提出了基于“等离子机翼”进行

5、飞行控制的概念；Grundmann等[1妇用等离子体激励器实现了对无人机流动分离的控制；Nelson等口幻在1303无人机上布置等离子体激励器，使飞行器产生了与传统控制舵面同量级的滚转力矩。国内，杜海等[1朝做了等离子体激励器对微型飞行器横航向气动力矩控制的试验研究，通过调节激励参数，实现了对飞行器气动力矩的比例收稿日期：2012—10—15；退修日期：2013—02—18；录用日期：2013一03—23；网络出版时间：2013—05—0716：25网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／111929．V．201305071625003htmI基

6、金项目：南京航空航天大学基本科研业务费(NS2013013)*通讯作者Tel：025—84896464E-mail：szwam@nuaa．educn5

7、用榕武：DuH。ShiZW．NiFY．etal．Aerodynamicmomentcontrolofflyingwingvehicleusingplasmaactuators。ActaAeronauticaetAs．tronauticaSinica，2013，34(9)：2038-2046．杜海，史志伟，倪芳原．等．基f等离子体激励的飞翼飞行器气动力矩控翩航空学报，2013．34(9)：2038-2046杜海等：基于等

8、离子体激励的飞翼布局飞行器气动力矩控制控制，初步实践了用等离子体流动控制技术实现飞行器的飞行控制。总结国内外的研究表明，采用等离子体流动控制技术进行飞行器气动力矩控制，已成为研究热点，但也存在一些问题，主要包括：通过控制机翼上的流态进而改变气动力矩的内在机理尚未有系统的研究；目前的一些研究还只是简单的控制单个气动力或力矩，对飞行器各气动力矩的控制方式研究还不够；对气动力矩的比例控制也鲜有相关结论。因此，本文将通过在一种飞翼布局飞行器上布置等离子体激励器，研究等离子体激励器对飞行器的滚转、偏航及俯仰力矩控制；通过改变激励电压，来实现对气动力矩的比例控制