[發明專利]納秒脈沖介質阻擋放電增壓的陣列等離子體合成射流裝置

在審

• 申請號: 202211244113.7
• 申請日: 2022-10-11
• 公開（公告）號: CN115515289A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 宗豪華;梁華;吳云;宋慧敏
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: H05H1/24
• 分類號: H05H1/24;H05H1/28;H05H1/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種納秒脈沖介質阻擋放電增壓的陣列等離子體合成射流激勵器，自上而下包括：頂蓋10，高壓電極板20，絕緣介質板30和接地金屬板40。還提供一種基于上述激勵器的納秒脈沖介質阻擋放電增壓的陣列等離子體合成射流裝置的工作方法，在一個射流周期內，完整的工作過程包含三個階段：沖擊增壓階段、陣列射流階段和多孔吸氣復原階段。本發明陣列激勵器不需要復雜的負載匹配電路設計或供電電源優化設計，具有接線簡單、實現成本低、易于進行大規模擴展、工作頻率高、脈沖重復性好等優點。

技術領域

本發明涉及主動流動控制領域，尤其是一種采用納秒脈沖介質阻擋放電沖擊增壓的陣列等離子體合成射流激勵器。

背景技術

主動流動控制技術在2010年被美國航空航天學會列為支撐全球航空領域未來發展的十大關鍵技術之一。該技術的核心是激勵器，通過激勵器誘導產生可控的擾動，可以達到改變飛行器外部流場、提升飛行器和發動機性能的目的。等離子體合成射流激勵器是一種零質量流量的高強度激勵器，它的基本工作原理是通過脈沖電弧迅速對半封閉腔體內部的氣體間隙進行快速加熱和增壓，誘導射流周期性地從小孔噴出。該激勵器的最高射流速度可以達到500m/s，最高工作頻率超過10kHz，因而，尤其適用于高速高雷諾數下的流動控制。但是，由于單個電弧所能加熱的氣體區域有限，等離子體合成射流激勵器的腔體尺寸一般都在5-15mm之間。對應的射流孔徑一般設置在1-3mm，所能控制的流場范圍極其有限。為了在大型民航客機和戰斗機上應用主動流動控制技術，必須將幾十甚至上百個的等離子體合成射流激勵器擴展成一個陣列，才能實現0(1-10m)量級的流場控制能力。由于電弧放電具有負阻抗特性，直接將多個等離子體合成射流激勵器進行并聯，并不能實現陣列內部激勵器的同時工作。目前，實現陣列等離子體合成射流有兩類方案。一是優化電源設計，將等離子體合成射流供電電源的高壓輸出端分成若干個相對獨立的回路；每個回路中都有一個儲能裝置，都可以輸出一路的脈沖高壓給激勵器供電，最終實現陣列內部各個激勵器的“同步工作”；這一類方案的典型代表是“CN105119517A，邵濤，王磊，章程，嚴萍，羅振兵，王林；多個等離子體合成射流激勵器同步放電的高壓脈沖電源”，“CN104682765A，邵濤，王磊，章程，嚴萍，羅振兵，王林；用于多個等離子體合成射流激勵器同步放電的裝置及方法”。二是進行負載匹配設計，將電阻、電容等元器件與氣體放電間隙進行串并聯，保證擊穿前后放電回路內的電壓不會顯著下降；最終，高壓脈沖可以順次傳遞、實現陣列內部各個等離子體合成射流激勵器的“依次擊穿”；該類方案的典型代表是“CN110933832A，吳云，張志波，金迪，甘甜，宋慧敏，賈敏，梁華；單電源驅動陣列式等離子體合成射流流動控制裝置及流動控制方法”，“CN106050593，邵濤，韓磊，羅振兵，孫鷂鴻，王林，嚴萍；基于Marx發生器的等離子體合成射流串聯放電裝置”。

但是，上述兩類方案在航空應用中均存在著諸多問題。第一類方案中每增加一個激勵器，就需要多出一個高壓儲能電容和若干高壓硅堆，用于大規模等離子體激勵器陣列供電時電源體積龐大、價格昂貴、重量難以接受。第二類方案中的負載匹配元器件均為小功率器件，相比而言價格低廉，但是整體的接線復雜；電路工作頻率由前端大容量儲能電容的充電速率和第一個電極間隙擊穿電壓決定，脈沖頻率無法實時調節，典型工作頻率只有10Hz；而且受電極間隙擊穿電壓波動影響，脈沖的重復性差(Zhibo Zhang，Yun Wu，Min Jiaet al.The multichannel discharge plasma synthetic jet actuator，Sensors andActuators A：Physical，2017，253：112-117)。因此，如何以低成本產生高頻率、高重復性的等離子體合成射流陣列是亟需解決的技術難題。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提出一種納秒脈沖介質阻擋放電增壓的陣列等離子體合成射流激勵器，包括：頂蓋10，高壓電極板20，絕緣介質板30和接地金屬板40；其中