[發明專利]用于湍流減阻控制的微秒振蕩等離子體放電系統及放電方法

在審

• 申請號: 202110398458.7
• 申請日: 2021-04-11
• 公開（公告）號: CN113068294A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 鄭海波;高超;武斌;李躍強;嚴日華
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H05H1/00
• 分類號: H05H1/00;B64C30/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 華金

本發明提出的新型微秒振蕩式等離子體激勵系統由調壓器、函數發生器、雙通道等離子體微秒脈沖電源、等離子體激勵器模塊組成，函數發生器輸出信號兩個相位差為1/2T的驅動信號，兩個驅動信號驅動雙通道等離子體微秒脈沖電源實現振蕩式輸出。微秒振蕩式等離子體激勵系統可以誘導產生誘導渦、切向流和交替觸發的沖擊波，流動控制原理主要是“沖擊效應”，可以針對性控制湍流邊界層中固有的交替分布的條紋結構和流向渦等相干結構，實現更高效的控制；且微秒脈沖脈寬短，其在流動控制過程中的能耗更低。

技術領域

本發明屬于流體力學實驗中的等離子體流動控制技術領域，特別涉及用于湍流減阻控制的微秒振蕩等離子體放電系統及放電方法。

背景技術

能源的節約和高效利用是人類一直追求的目標之一，其有效途徑就是減少各類運輸工具的能源消耗。在航空領域中，能源消耗主要用來克服飛機在飛行過程中所受的阻力，而摩擦阻力占飛機總阻力的很大一部分，對于超聲速飛機，湍流摩擦阻力占總阻力的25％-40％，對于亞聲速飛機，約40-50％的阻力來源于湍流摩擦阻力，因此，發展湍流邊界層減阻技術具有重要的實際應用價值。

現有正弦交流介質阻擋放電(AC-DBD)等離子體減阻控制激勵系統實現的是多組激勵器的同步放電，激勵的流場結構有限，一般為誘導渦和切向流，其流動控制原理主要是“動力效應”，對高速流動控制效果有限。而微秒脈沖介質阻擋放電(MS-DBD)等離子體激勵可以誘導產生誘導渦、切向流和沖擊波，流動控制原理主要是“沖擊效應”，可以實現較高來流速度下的控制。同時，湍流邊界層中存在交替分布的條紋結構和流向渦等相干結構，因此使用針對于湍流邊界層相干結構的控制方式可以實現更高效的控制，使用交替觸發的振蕩式微秒等離子體激勵可以實現更好的控制效果，且由于微秒脈沖脈寬短，其在流動控制過程中的能耗更低。

發明內容

本發明解決的技術問題是：為了解決現有同步放電等離子體激勵系統在湍流減阻控制中激勵流場結構有限，能耗高，不利于實現凈減阻，且控制速度較低，不利于在實際航空環境中進行應用的問題。本發明提出一種應用于湍流減阻的微秒振蕩等離子體放電系統及放電方法，可以在流場中激勵誘導渦、切向流和沖擊波，可以實現較高來流速度下的湍流減阻控制，且能耗低。

本發明的技術方案是：用于湍流減阻控制的微秒振蕩等離子體放電系統，其特征在于，包括調壓器、函數發生器、等離子體微秒脈沖電源和等離子體激勵器模塊；

所述等離子體微秒脈沖電源包括兩路高壓輸出通道和低壓輸出通道；

所述調壓器與等離子體微秒脈沖電源連接，用于供電并調整電壓大??；

所述等離子體激勵器模塊包括A組上電極、B組上電極、介電層、下電極和模型平板；所述下電極位于介電層和模型平板之間，且A組上電極和B組上電極通過介電層隔開；A組上電極和B組上電極分別連接等離子體微秒脈沖電源的兩路高壓輸出通道；下電極一端連接等離子體微秒脈沖電源的低壓輸出通道，另一端接地。

本發明進一步的技術方案是：所述模型平板上布置8個上電極，構成陣列式等離子體激勵器。

本發明進一步的技術方案是：所述介電層為聚酰亞胺薄膜膠帶壓制而成。

本發明進一步的技術方案是：所述A組上電極和B組上電極均與外界接觸，下電極隔絕空氣。

本發明進一步的技術方案是：所述微秒脈沖電源在A組上電極和B組上電極與下電極(504)之間施加微秒級脈沖電壓，使等離子體激勵器模塊放電。

本發明進一步的技術方案是：所述等離子體激勵器模塊使用的電極材料為銅箔膠帶。

本發明進一步的技術方案是：所述模型平板上開有凹槽，當A組上電極、B組上電極、介電層和下電極連接好后，裝入凹槽中。

本發明進一步的技術方案是：所述模型平板采用有機玻璃制成。