Плазменное управление аэродинамикой

Для осуществления крейсерского полета ГЛА в атмосфере необходимо обеспечить величину аэродинамического качества К>5. Существует необходимость в практической реализации идей, с помощью которых можно бы было оптимизировать обтекание ГЛА с целью увеличения  аэродинамического качества. Энергетическое воздействие на поток предлагается использовать как основу создания систем управления обтеканием (СУО). В число функций СУО должны входить:

  • снижение лобового сопротивления аэродинамических элементов ГЛА;
  • повышение аэродинамического качества;
  • снижение тепловых нагрузок и управление аэродинамическими характеристиками ГЛА.

Энергетические методы управления обтеканием ГЛА могут использовать для ослабления или разрушения фронта ударной волны тепловые эффекты, возникающие при внесении энергии в воздушный поток. Возможно также создание искусственных плазменных образований вблизи поверхности для того, чтобы изменять аэродинамические характеристики ГЛА с использованием плазменных эффектов, связанных с нелинейностью характеристик распространения ударных волн в плазме.

Существенное влияние на распространение и структуру ударных волн оказывают искусственно создаваемые пространственные неоднородности (в нашем случае неоднородность при прохождении потока в пространстве около аэродинамического элемента образуется под воздействием специальным образом  создаваемой плазменной оболочки). Предварительные оценки и эксперименты на малых аэродинамических трубах позволяют сделать вывод, что влияние таких неоднородностей не очень существенно зависит от пространственных размеров области воздействия, что позволяет с уверенностью считать, что предлагаемый механизм будет работоспособен в достаточно широком (с точки зрения низкотемпературной плазмы)  диапазоне давлений от единиц до сотен Торр. Одновременно с этим важную роль при прохождении ударной волной искусственного плазменного образования играют и дисперсионные свойства низкотемпературной плазмы газового разряда. Отдельные  полезные для нас результаты в этой области получены российскими и американскими исследователями. Оценки показывают, что при определенных критических значениях параметров плазмы ударная волна изменяет свою форму и ее ударный фронт начинает "расплываться", что влечет за собой снижение лобового сопротивления аэродинамического элемента (или летательного аппарата как целого), создающего эту ударную волну.

Разработка системы управления аэродинамическими характеристиками базируется на  следующих результатах:

  1. Разработана физическая модель метода снижения лобового сопротивления ЛА за счет термодинамического разогрева газа перед фронтом ударной волны.

  2. Предложен механизм такого нагрева за счет  создания  перед  обтекаемым телом разряда постоянного тока.
  3. Проведены исследования такого разряда,  которые показали, что он имеет ряд особенностей, кардинально отличающих его от разряда постоянного тока с диэлектрическими стенками.  Эти особенности необходимо учитывать при конструировании реальных устройств ионизации потока перед ГЛА.
  4. Разработана модель ионизатора гиперзвукового воздушного потока,  которая  может быть использована при создании  реального устройства ионизации потока.
  5. С использованием этой модели проведены измерения влияния наличия плазмы на лобовое сопротивление модельного объекта.  Результаты  эксперимента  при статических давлениях,  соответствующих высотам около 40 км, показали правильность основных положений разработанной методики.  Получено  снижение  лобового сопротивления  на  (22±1)%  при мощности,  вкладываемой в разряд, порядка 4 - 5 Вт/см3