本发明专利技术提供了一种应用于激波管内点火助燃的等离子体发生装置，由放电单元、压盖，以及等离子体电源组成。其中放电单元由基座、压块、堵头和铜制螺栓组成。堵头内嵌铜网，通过堵头和基座的空隙伸出缠绕连接铜制螺栓。压盖设计为两部分，主要作用为按压放电单元使其固定并密封，并且连接激波管管体。等离子体电源部分包括主机和变压器，主机可调节等离子体放电功率，变压器负责调节放电峰值电压和放电频率。该发明专利技术结构紧凑，安装后不影响激波流动，在激波管内产生等离子体，用于研究等离子体的辅助点火与助燃，等离子体的浓度可调节，可适应多种工况的实验要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃烧实验
，是一种用于激波管的等离子体发生装置，用以研究等离子体辅助点火的研究。
技术介绍
当飞行器的飞行速度达到高超声速时，冲压发动机中的燃烧达到超燃状态，称为超燃冲压发动机(Scramjet)。对于超燃冲压发动机，燃料以超声速流过燃烧室，燃料难以实现混合、点火以及化学能的充分释放。碳氢燃料是航空飞行器最广泛应用的燃料，燃料需要在极短的时间(毫秒量级)内完成燃料的点火、火焰传播以及火焰稳定。而碳氢燃料的点火延迟时间也为毫秒量级，因此，必须使用技术手段缩短碳氢燃料的点火延迟时间。等离子体由于能够同时提高温度和增加活性自由基浓度而被认为是缩短燃料点火延迟时间的最有效的方法。通常情况下，研究者使用激波管来测量燃料点火延迟时间。在激波管的反应区域内加入等离子体可以研究等离子体辅助碳氢燃料的点火情况，测量加入等离子体后的碳氢燃料的点火延迟时间。目前国内外公开报道的在相关领域内研究最多的是俄罗斯莫斯科物理技术研究所的Kosarev等人，研究小组采用纳秒脉冲电源，在25×25mm方形截面激波管的末端放电，注入了等离子体(Kosarev I N,Aleksandrov N L,Kindysheva S V.Kinetics of Ignition of Saturated Hydrocarbons by Nonequilibrium Plasma CH4-containing Mixtures[J].Combustion and Flame,2008,154:569-586)。测量的碳氢燃料包括C1～C5的烷烃，以及乙炔、酒精灯燃料的点火延迟时间，并测量了放电等离子体对于点火延迟时间的缩短情况。实验结果表明，放电产生的等离子体可以使实验燃料的点火延迟时间减小一个数量级以上。然而，公开的研究中并没有揭示应用于激波管内的等离子体发生装置的设计细节。因此，设计一种应用于激波管内辅助点火的等离子体发生装置极为必要。目前，需要解决的问题是：(1)设计的等离子体发生装置需结合于激波管，并且不影响实验中的激波流动。(2)等离子体发生装置需要持续产生等离子体，并且放电产生等离子体的功率需要可以调节。(3)放电对等离子体生成装置的某些部位会有腐蚀效果，因此，等离子体发生装置的某些部位需要可以更换。
技术实现思路
本专利技术的目的是在借鉴国内外设计思想和使用的基础上，设计一种应用于激波管的，可靠高效的、产生等离子体功率范围较宽的，等离子体发生装置。可适用于多种实验工况，具有较强的通用性，提升了等离子体辅助点火研究的实验技术水平，推动了等离子体辅助点火的深入研究。一种应用于激波管内辅助点火的等离子体发生装置，包括了放电单元、压盖，以及等离子体电源，其特征在于：放电单元包括基座(3)、压块(4)、堵头(5)和铜制螺栓(6)组成。堵头(5)内嵌铜网，通过堵头(5)和基座(3)的空隙伸出缠绕连接铜制螺栓。基座(3)、压块(4)、堵头(5)的材料为聚四氟乙烯，堵头中加工有凹槽，用于安装铜网，铜网通过堵头与基座之间配合的间隙伸出，在压块(4)的腔体内与铜制螺栓(6)相连接。压盖包括压盖底座(1)与按压块(2)组成。压盖底座(1)安装于激波管管体，按压块(2)用于按压放电单元。压盖底座(1)与激波管管体之间，压盖底座(1)与放电单元之间，以及放电单元与压块(2)之间通过密封圈进行密封。等离子体电源部分包括主机和变压器，主机负责调节等离子体放电功率，变压器负责调节放电峰值电压和放电频率；等离子体放电功率范围为0-3000W，放电峰值电压为30kV，放电频率为20kHz。本专利技术的优势是：(1)设计的等离子体发生装置安装于激波管管段，并没有伸出到激波管内部的部分，不会影响实验中的激波流动。(2)产生等离子体的功率可随着电源放电功率进行调整，并且可以持续产生等离子体。(3)当放电单元使用一段时间后，堵头部位会被放电所腐蚀，可对堵头进行替换，可以保持放电的稳定性。附图说明图1为放电单元装配图及尺寸；图2(a)为堵头结构图；图2(b)为基座结构图；图2(c)为压块结构图；图2(d)为铜制螺栓结构图；图3(a)压盖底座结构图；图3(b)为按压块结构图。具体实施方式如图1所示，放电单元由基座(3)，压块(4)，堵头(5)和铜制螺栓(6)组成。基座(3)与堵头(5)之间的配合存在间隙，目的是预留铜网从中通过的。压块(4)和铜制螺栓(6)之间通过M8的螺纹进行连接。铜网在压块(4)的腔体内与铜制螺栓相连，铜制螺栓上焊接电线，与外部的等离子体电源相连接，因此，开启等离子体电源时，放电单元内的铜网便透过介质层与激波管体进行放电。如图2(a)所示为堵头的结构示意图，堵头的材料为聚四氟乙烯，堵头设计有槽口用于嵌入铜网。由于放电对聚四氟乙烯绝缘层会产生腐蚀效果，因此，当使用一段时间后可将堵头进行更换，以保证放电效果。如图2(b)所示为基座的结构图，基座的材料为聚四氟乙烯。如图2(c)所示为压块结构图，压块材料为聚四氟乙烯。压块内部设计有空腔，用于放置铜网。顶部开M8的螺纹孔，用于与铜制螺栓进行配合。如图2(d)所示为铜制螺栓结构图。铜制螺栓的螺纹为M8，顶部开有用于螺丝刀开启的槽口。是连接等离子体电源与放电介质材料的中介。如图3(a)所示为压盖底座结构图。压盖底座的材料为铝合金。压盖底座与放电单元进行配合，两者按压后通过密封圈进行密封。压盖底座与激波管管体通过螺栓进行连接，两者之间也通过密封圈进行密封。如图3(b)所示为按压块结构图。按压块的材料为铝合金。按压块与压盖底座通过螺栓连接，按压块与放电单元接触的部位垫有硅胶密封垫，用以保持设备的气密性。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种应用于激波管内点火助燃的等离子体发生装置，包括放电单元、压盖，以及等离子体电源组成，其特征在于：放电单元包括基座(3)、压块(4)、堵头(5)和铜制螺栓(6)组成，堵头(5)内嵌铜网，通过堵头(5)和基座(3)的空隙伸出缠绕连接铜制螺栓；基座(3)、压块(4)、堵头(5)的材料为聚四氟乙烯，堵头中加工有凹槽，用于安装铜网，铜网通过堵头与基座之间配合的间隙伸出，在压块(4)的腔体内与铜制螺栓(6)相连接；压盖包括压盖底座(1)与按压块(2)组成，压盖底座(1)安装于激波管管体，按压块(2)用于按压放电单元，压盖底座(1)与激波管管体之间，压盖底座(1)与放电单元之间，以及放电单元与压块(2)之间通过密封圈进行密封；等离子体电源部分包括主机和变压器，主机负责调节等离子体放电功率，变压器负责调节放电峰值电压和放电频率；等离子体放电功率范围为0‑3000W，放电峰值电压为30kV，放电频率为20kHz。
【技术特征摘要】
1.一种应用于激波管内点火助燃的等离子体发生装置，包括放电单元、压盖，以及等离子体电源组成，其特征在于：放电单元包括基座(3)、压块(4)、堵头(5)和铜制螺栓(6)组成，堵头(5)内嵌铜网，通过堵头(5)和基座(3)的空隙伸出缠绕连接铜制螺栓；基座(3)、压块(4)、堵头(5)的材料为聚四氟乙烯，堵头中加工有凹槽，用于安装铜网，铜网通过堵头与基座之间配合的间隙伸出，在压块(4)的腔体内与铜制螺栓(6)...
【专利技术属性】
技术研发人员：金星，赵文涛，沈双晏，徐庆尧，王殿恺，钟文丽，
申请(专利权)人：中国人民解放军装备学院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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