Разработка технологий безынерционного управления полетом летательных аппаратов

Развитие перспективных сверхзвуковых и гиперзвуковых летательных аппаратов (ЛА) в значительной мере сдерживается трудностями, связанными с проблемами управления полетом. С нарастающей активностью обсуждаются методы воздействия на дозвуковые и сверхзвуковые потоки в окрестности ЛА с использованием плазмы электрических газовых разрядов. Исследования в этом направлении ведутся в США (AF, NASA), Франции (ONERA), Великобритании (British Aerospace). При этом исследования по плазменной аэродинамике ведутся в нескольких прикладных направлениях: снижение волнового сопротивления летательного аппарата, создание управляющих сил, модификация пограничного слоя для снижения сил трения и влияния на отрывные течения и др.

Ученые и инженеры МРТИ, более 20-ти лет работающие в области исследования и применения микроволновых (MW) газовых разрядов, располагая уникальной экспериментальной базой, разработали физический основы нового метода управления сверхзвуковым потоком с использованием стримерного MW разряда.

В основе метода лежат свойства такого разряда в плотных газах. MW разряд может быть возбужден в заданном месте ЛА (на поверхности ЛА или вдали нее) без применения электродов. Скорость распространения стримерных разрядов превышает даже скорости перспективных ЛА. В плотных газах MW разряд представляет собой сеть тонких плазменных каналов, практически полностью поглощающих энергию излучения и с высокой эффективностью преобразуя его в тепловую энергию потока. Временной интервал между моментом подачи MW энергии и появлением управляющей силы ничтожно мал.

В МРТИ в лабораторных условиях уже доказана правомерность идеи метода создания подъемной силы, действующей на модель в сверхзвуковом потоке, с помощью приповерхностного непрерывного MW разряда. Генерируемая сила пропорциональна мощности, вкладываемой в разряд СВЧ генератором, и мало зависит от величины и направления локальной скорости потока и его плотности в месте выделения энергии. Одновременное использование MW энергии и энергии топлива, инжектируемого в область разряда, расширяет границы возможного применения внешнего энерговклада в целях оптимизации характеристик и управляемости ЛА.

Разрабатываемый метод открывает новые возможности для управления полетом ЛА в режимах, при которых механические средства просто теряют эффективность. Малая инерционность включения и выключения управляющей силы делает возможным расширение зон устойчивости полета за счет применения динамической стабилизации. MW разряды могут быть использованы и для локального изменения аэродинамических характеристик ЛА (влияние на отрыв потока и пограничный слой, формирование скачков уплотнения и т.п.).

В ходе реализации проекта планируется: 1) разработать эффективные методы генерации сил, действующих на тела, обтекаемые скоростным потоком, с помощью мощного стримерного MW разряда; 2) подготовить программу летного эксперимента по отработке методов управления ЛА; 3) создать макет системы безынерционного управления полетом с использованием стримерного MW разряда.