[發(fā)明專利]一種獲得表面滑閃放電的三電極激勵器裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710070810.8
• 申請日: 2017-02-09
• 公開（公告）號: CN107072024A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邵濤;王陽;張帥;章程;嚴萍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電工研究所
• 主分類號: H05H1/24
• 分類號: H05H1/24
• 代理公司: 北京君泊知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11496
• 代理人: 王程遠,胡玉章

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種獲得表面滑閃放電的三電極激勵器裝置及方法。

背景技術(shù)

基于介質(zhì)表面放電等離子體的氣動激勵是一種新概念主動流動控制技術(shù)，可顯著改善飛行器/動力裝置的氣動特性，已成為等離子體應(yīng)用技術(shù)和空氣動力學(xué)等交叉領(lǐng)域的研究前沿?zé)狳c。等離子體流動控制在控制流場附面層、分離流、剪切流、激波，以及抑制失速分離和減小流動阻力等方面都有明顯的效果。等離子體流動控制技術(shù)作為一種新穎獨特的主動控制方法誕生于上世紀90年代，Roth等利用大氣壓均勻輝光放電等離子體的專利技術(shù)最早開展了邊界層控制、紊流減阻、翼型大攻角分離等方面的研究。近年來，包括美國、歐洲在內(nèi)的約30個研究組都開展了等離子體的空氣動力學(xué)應(yīng)用研究。

目前對等離子體流動控制激勵器的研究以應(yīng)用試驗和模擬計算為主。相比國外而言，國內(nèi)研究比較注重相關(guān)的數(shù)值模擬研究，實驗研究主要以高頻高壓電源激勵。研究發(fā)現(xiàn)，提高等離子體氣動激勵使用壽命、擴大等離子體與來流之間的相互作用區(qū)域?qū)嶋H應(yīng)用具有直接的影響。因此，獲得低能耗、高濃度的大面積低溫等離子體，提高等離子體氣動激勵的能量利用率，對于提高等離子體氣動激勵在主動流體控制領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

等離子體流動控制能力主要受激勵器結(jié)構(gòu)和激勵源兩個因素影響。激勵器結(jié)構(gòu)決定了產(chǎn)生等離子體的放電形式，目前國內(nèi)外的研究中利用等離子體進行主動流動控制常采用的放電形式主要包括直流電暈放電、等離子體合成射流和表面介質(zhì)阻擋放電(SDBD)等。其中電暈放電等離子體的兩個電極位于同一表面，均不覆蓋絕緣層，放電不穩(wěn)定，但電暈電動效率高且裝置簡單。SDBD是目前最常用的等離子體流動控制方法，與電暈放電相比，SDBD產(chǎn)生的等離子體更均勻，控制效果更好。另外，基于SDBD技術(shù)的等離子體激勵器具有結(jié)構(gòu)簡單、無運動部件、響應(yīng)迅速且阻力小等優(yōu)點是最具有發(fā)展前景的一種等離子體激勵器結(jié)構(gòu)。常規(guī)的SDBD激勵器是將金屬電極緊貼于絕緣介質(zhì)相對的兩個表面，使得放電集中在介質(zhì)表面發(fā)生，放電產(chǎn)生的等離子體對介質(zhì)表面的氣流具有誘導(dǎo)和控制作用。目前研究中采用的SDBD激勵器多為常規(guī)的兩電極激勵器結(jié)構(gòu)，且高壓電極和地電極多采用條形電極。專利CN 103410680B將由暴露電極、植入電極和介質(zhì)阻擋層組成的等離子體激勵器光滑安裝在風(fēng)力發(fā)電機葉片表面，通過放電產(chǎn)生的等離子體對環(huán)境空氣產(chǎn)生沖擊、加速作用和加熱作用，實現(xiàn)了對風(fēng)力發(fā)電機葉片表面的流動分離抑制。專利CN 205051958 U采用一種包含氧化鋁陶瓷介質(zhì)板并在介質(zhì)板上表面布置金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)，下面表面設(shè)置導(dǎo)電涂層結(jié)構(gòu)的等離子體激勵器，實現(xiàn)了較穩(wěn)定的放電以及較低的能耗。專利CN 1777347A采用一種電暈耦合介質(zhì)阻擋放電裝置實現(xiàn)了在較低電壓條件下使得微放電均勻穩(wěn)定的分布在整個放電空間。專利CN 104185354A利用一個表面電極和兩個植入介質(zhì)體內(nèi)部電極激勵器結(jié)構(gòu)，提高了誘導(dǎo)的壁面射流速度，但是過高的輸入電壓會損壞絕緣介質(zhì)。近年來，在電極結(jié)構(gòu)方面，除了常規(guī)的電極結(jié)構(gòu)，多對電極以及優(yōu)化電極的布置形式，如鋸齒形電極、倒圓形電極均對增強激勵器效果有幫助。Antoine Debien等采用直徑為μm量級的細絲狀電極作為暴露電極對誘導(dǎo)的體積力和電離風(fēng)進行了測量，最高誘導(dǎo)速度明顯提升達到了10.5m/s(Debien A,Benard N,Moreau E.Streamer inhibition for improving force and electric wind produced by DBD actuators[J].Journal of Physics D:Applied Physics,2012,45(21):215201.)。Liang Yang等采用銅網(wǎng)狀的高壓電極形狀，誘導(dǎo)出了較大的體積力(Yang L,Yan H J,Qi X H,et al.Geometry Effects of SDBD Actuator on Atmospheric-Pressure Discharge Plasma Airflow Acceleration[J].IEEE Transactions on Plasma Science,2015,43(10):3653-3661.)。趙光銀等對鋸齒形SDBD激勵器放電特性進行了研究，高壓電極為鋸齒形的激勵器具有較高的放電電流、瞬時放電功率以及放電能量并且鋸齒形激勵器表面的局部最高溫度高于典型條形電極激勵器(趙光銀,李應(yīng)紅,方浩百,等.鋸齒形等離子體激勵器納秒脈沖放電及紅外輻射溫度特性[J].高電壓技術(shù),2014,7:023.)。姜家文等研究了不同形狀暴露電極下平板介質(zhì)阻擋放電特性，發(fā)現(xiàn)鋸齒狀電極和普通條形電極的最大不同之處在于可以誘導(dǎo)出三維方向上的射流(姜家文,田希暉,陳慶亞,等.基于光強分布的SDBD暴露電極形狀優(yōu)化實驗[J].高電壓技術(shù),2016,42(3):843-848.)。Joussot等對鋸齒狀SDBD激勵器放電產(chǎn)生的等離子體形態(tài)和誘導(dǎo)的氣流特性進行了研究，研究表明鋸齒狀電極放電可產(chǎn)生彎曲的放電細絲，進而誘導(dǎo)出三維的流動形態(tài)(Joussot R,Leroy A,Weber R,et al.Plasma morphology and induced airflow characterization of a DBD actuator with serrated electrode[J].Journal of Physics D:Applied Physics,2013,46(12):125204.)。Forte等的研究表明具有局部尖銳暴露電極可以顯著提高SDBD激勵器誘導(dǎo)的推力(Forte M,Jolibois J,Pons J,et al.Optimization of a dielectric barrier discharge actuator by stationary and non-stationary measurements of the induced flow velocity:application to airflow control[J].Experiments in Fluids,2007,43(6):917-928.)。專利CN102602541A通過在機翼表面安裝H型激勵器并采用高頻高壓電源激勵提升了飛行器的氣動特性。