納秒脈衝疊加直流表面介質阻擋放電及激勵器技術研究

《納秒脈衝疊加直流表面介質阻擋放電及激勵器技術研究》是依託中國科學院電工研究所，由嚴萍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：納秒脈衝疊加直流表面介質阻擋放電及激勵器技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：嚴萍
• 依託單位：中國科學院電工研究所

項目摘要

基於介質表面放電電漿的氣動激勵是一種新概念主動流動控制技術，可顯著改善飛行器/動力裝置的氣動特性，已成為電漿套用技術和空氣動力學等交叉領域的研究前沿熱點。本項目瞄準提高電漿氣動激勵能量利用效率，採用多電極結構，利用納秒脈衝疊加直流產生電漿，並研究在濕度、溫度及氣壓等多環境參數條件下的放電特性，總結電漿產生、抑制放電不穩定性及誘導流動的基本規律和技術，分析納秒脈衝疊加直流產生電漿的調控方法，探索氣動激勵的能量轉換機制，提高電漿氣動激勵的能量利用率，採用電學參數測量、電漿光學診斷及氣動力學流場等多參數測試手段，結合仿真計算研究直流疊加納秒激勵下多電極的電漿氣動激勵器的機理，獲得穩定表面介質阻擋放電和增強能量利用效率的新方法。本項目的研究期望為提高電漿氣動激勵的能量轉化率，增強電漿誘導能力，推進電漿技術在流體控制、高速飛行等領域的套用。

結題摘要

針對典型的電漿表面介質阻擋放電激勵器電漿區域小，誘導氣流速度低的問題，在基金委資助下，本項目開展納秒脈衝疊加直流表面介質阻擋放電及激勵器技術研究。通過設計三電極結構表面介質阻擋放電激勵器並最佳化電源參數，獲得了脈衝分量、直流分量、電壓差值、脈衝上升沿和脈衝寬度等參數對激勵器放電特性和流場特性的影響規律。並獲得了溫度及氣壓等多環境參數條件下的放電特性。進一步分析了納秒脈衝電漿激勵器衝擊波和旋渦的產生機制和時空演化規律，揭示了直流疊加納秒激勵下三電極的電漿氣動激勵器的機理。主要研究結果表明，納秒脈衝疊加直流表面放電發生存在一個最小電壓差值閥值，其中電壓脈衝分量所占比例越大，功率和能量損耗越大。第三電極施加負極性直流電壓更有利於獲得大面積電漿進行主動流動控制，增大電漿的影響區域及效果。更為重要的是三電極結構激勵器放電可產生兩個同步發展的衝擊波，這主要由脈衝側電極、直流側電極放電時各自引起的局部溫度升和壓力升所形成。實驗發現負極性直流電壓幅值越大，誘導的第二個衝擊波速度越高、強度越大，且維持在超音速階段的時間越長。由於受熱膨脹，介質表面上方區域的氣流不斷向下卷吸並在介質層的阻擋作用下逐漸改變卷吸方向，而且由於衝擊波的存在，氣流卷吸過程受到的阻力減小，最終形成旋渦。旋渦隨著脈衝上升沿的增加而發展增快，這是因為短上升沿的納秒脈衝激勵的表面介質阻擋放電具有產生高能電子的優勢。四年內在PSST,POP,TDEI，TPS等期刊發表SCI論文9篇，在中國電機工程學報，電工技術學報等期刊發表EI論文4篇。申請發明專利1項，授權發明專利2項。做國際國內學術會議報告5次，培養碩士生2名。獲得 2018年北京市科技進步三等獎。通過本項目的實施，掌握了電漿激勵器設計指導原則，揭示了納秒脈衝放電電漿流動控制機理，為電漿流動控制的套用提供了重要的技術支撐。