一种用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置，该装置包括：若干个减阻单元、导线、直流电源、第三绝缘层、微波发生器和第一波导；其中，所述减阻单元包括狭缝天线、石英玻璃板、金属膜、第一绝缘层、第二绝缘层、第一电极、第二电极和第二波导；各减阻单元通过第三绝缘层依次相连接；第一波导与第二波导相连接；微波发生器与第一波导相连接。本发明专利技术通过在石英玻璃板下方狭缝天线发射微波，在石英玻璃板表面形成大面积均匀的表面波，进而激发表面波等离子体，具有产生等离子体密度高、平面大面积均匀、高度放电稳定和处理过程可重复性的优点。

Plasma flow control device for near space airship drag reduction

The invention discloses a method for plasma flow control device of near space airship drag, the device comprises a plurality of drag reduction unit, DC power supply, third wire, an insulating layer, a microwave generator and a first waveguide; among them, the drag reduction unit includes a slot antenna, quartz glass, metal film, a first insulating layer second, an insulating layer, a first electrode, a second electrode and a second waveguide; the drag reduction unit through the third insulating layer are sequentially connected; the first waveguide and the second waveguide is connected with the first waveguide; the microwave generator is connected. The present invention by microwave emission in the quartz glass plate slot antenna, surface wave formed large area uniform on the surface of quartz glass plate, and surface wave excited plasma, can produce plasma with high density, large area uniform plane and highly stable discharge and process repeatability.

【技术实现步骤摘要】
一种用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置
本专利技术涉及等离子体流动控制领域，尤其涉及一种用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置。
技术介绍
与飞机或卫星相比，临近空间飞艇具有地面覆盖范围广、滞空时间长、快速响应能力强、制造及运行成本低、可重复使用、升级换代快、运行特性好等诸多优势，具有重要的军事应用前景。因此，对临近空间飞艇的研制具有很高的紧迫性。飞艇的飞行阻力每减少1％，有效载荷约可增加10％，可以大大提高飞行器的飞行速度、增大航程，增加飞艇的滞空时间。等离子体流动控制是一种新的流动控制技术，近年来已成为国际上空气动力学和气动热力学领域新兴的重要研究热点。等离子体流动控制的主要特点是：等离子体气动激励是电场力作用，没有运动部件、响应迅速、作用频带宽、便于实时控制、结构简单、能耗较低等。等离子体是指气体在高能电磁激励下发生电离，产生的电子与离子共存并高速运动的一种物质存在状态，是区别于传统固体、液体和气体的第四类物质聚集态。在外加电场或自激励电场的作用下，等离子体中的电子和离子在电场中做定向运动，与中性粒子发生碰撞，并将自身动量、能量传输给周围空气，从而使得暴露电极附近的空气产生定向运动，形成诱导气流。等离子体流动控制的基本原理主要是利用诱导气流与飞行器边界层的相互作用，控制边界层分离、抑制层流--湍流转捩等，达到增升减阻等提高飞行器气动性能的目的。目前，在等离子体流动控制技术中常采用的表面直流电晕放电、大气压均匀辉光放电、表面介质阻挡放电等方法，无一例外存在所产生等离子体的强度、区域有限的缺点，无法满足临近空间飞艇艇身大表面积减阻的要求。专利
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：相比于现有技术，提供了一种用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置，通过表面波激发等离子体在电极电场的作用下产生诱导气流，实现临近空间飞艇艇身大面积减阻流动控制。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置，包括：若干个减阻单元、导线、直流电源、第三绝缘层、微波发生器和第一波导；其中，所述减阻单元包括狭缝天线、石英玻璃板、金属膜、第一绝缘层、第二绝缘层、第一电极、第二电极和第二波导，其中，金属膜镀设于石英玻璃板的下表面、左侧面和右侧面；镀设于石英玻璃板的下表面的金属膜开设有缝隙，狭缝天线嵌设于所述缝隙内；第一绝缘层包设于左侧面的金属膜；第二绝缘层包设于右侧面的金属膜；第一电极与第一绝缘层相连接；第二电极与第二绝缘层相连接；第二波导的一表面与狭缝天线相连接；第一电极通过导线与直流电源相连接，第二电极通过导线与直流电源相连接；各减阻单元通过第三绝缘层依次相连接；第一波导与第二波导相连接；微波发生器与第一波导相连接。上述用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置中，狭缝天线位于所述石英玻璃板的下表面的中心线。上述用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置中，第二波导的长度方向与狭缝天线的长度方向相平行。上述用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置中，微波发生器发射的微波为TE模，微波电场偏振方向与狭缝天线平行。上述用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置中，微波电场场强为E＝2×36.84p(1+ω2/ν2)1/2，其中，p为环境大气压，ω为微波频率，ν为电离频率。上述用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置中，所述石英玻璃板的宽度为微波波长的8倍，厚度为微波波长的0.4倍。上述用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置中，第一波导的轴向与第二波导的轴向相互垂直。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：(1)本专利技术通过在石英玻璃板下方狭缝天线发射微波，在石英玻璃板表面形成大面积均匀的表面波，进而激发表面波等离子体，具有产生等离子体密度高、平面大面积均匀、高度放电稳定和处理过程可重复性的优点；(2)本专利技术利用通有直流电的电极在表面附件形成电场，通过等离子体在电场诱导下的定向运动，在更大的范围内起到控制流动分离、减小飞艇阻力的作用。附图说明图1是本专利技术的用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置的结构示意图；图2是本专利技术的用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置在飞艇表面的布置示意图。图3是本专利技术的用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置减阻单元拼接方式示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明：图1是本专利技术的用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置的结构示意图。如图1所示，该用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置包括：减阻单元、导线4、直流电源5、第三绝缘层73、微波发生器8和第一波导91。其中，减阻单元包括狭缝天线1、石英玻璃板2、金属膜3、第一绝缘层71、第二绝缘层72、第一电极61、第二电极62和第二波导92，其中，金属膜3镀设于石英玻璃板2的下表面、左侧面和右侧面；镀设于石英玻璃板2的下表面的金属膜3开设有缝隙，狭缝天线1嵌设于该缝隙内；第一绝缘层71包设于左侧面的金属膜3的外侧；第二绝缘层72包设于右侧面的金属膜3的外侧；第一电极61与第一绝缘层71相连接；第二电极62与第二绝缘层72相连接；第二波导92的一表面与狭缝天线1相连接；第一电极61通过导线4与直流电源5相连接，第二电极62通过导线4与直流电源5相连接。具体实施时，如图1所示，石英玻璃板2的下表面、左侧面和右侧面三个表面上都镀有金属膜3，其中，下表面的金属膜3开设有与狭缝天线1宽度相等的缝隙，狭缝天线1嵌在金属膜3的缝隙内。第一绝缘层71将石英玻璃板2的左侧面的金属膜3包裹起来，第二绝缘层72将石英玻璃板2的右侧面的金属膜3包裹起来，从而起到绝缘的作用。第一电极61通过导线4与直流电源5的右端相连接，第二电极62通过导线4与直流电源5的左端相连接。需要说明的是，第一电极与第一绝缘层的连接方式有多种，连接的所有方式都在本实施例保护的范围内。第二电极与第二绝缘层的连接方式有多种，连接的所有方式都在本实施例保护的范围内。第一波导91与第二波导92相连接。具体的，如图1所示，第一波导91的轴向与第二波导92的轴向相互垂直。各个第一波导91相互平行。微波发生器8与第一波导91相连接。本实施例的工作原理：微波发生器8发射微波，微波由第一波导91和第二波导92引到石英玻璃板2处，第二波导92将开有狭缝的波导面直接贴到石英玻璃板2上，微波就通过狭缝天线1耦合发射到石英玻璃板2外侧的大气中。从石英玻璃板2内部入射到大气的电磁波中，入射角θi<θc(θc为电磁波被介质界面反射的临界入射角)的那部分电磁波，可通过狭缝穿过石英玻璃板2进入大气；入射角θi>θc(θc为电磁波被介质界面反射的临界入射角)的另一部分电磁波在石英玻璃板界面处被全反射,以表面波的形式在石英玻璃板内往四周传输，其能量被约束在界面两边很薄的平面区域内，场强往界面法向两边指数衰减，称为表面波。如果入射电磁波的功率足够大,在电磁波沿界面传输到大气处的强度还足够强，足以维持高密度等离子体(1012cm-3)时，在一定的气压、天线形状下，平面大面积均匀的高密度等离子体即可产生。石英玻璃板两侧的第一电极61与第二电极62分别通过导线4连接到直流电源5的两端。在直流电的作用下，第一电极61与第二电极62之间产生一个稳定的外加电场。外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置，其特征在于包括：若干个减阻单元、导线(4)、直流电源(5)、第三绝缘层(73)、微波发生器(8)和第一波导(91)；其中，所述减阻单元包括狭缝天线(1)、石英玻璃板(2)、金属膜(3)、第一绝缘层(71)、第二绝缘层(72)、第一电极(61)、第二电极(62)和第二波导(92)，其中，金属膜(3)镀设于石英玻璃板(2)的下表面、左侧面和右侧面；镀设于石英玻璃板(2)的下表面的金属膜(3)开设有缝隙，狭缝天线(1)嵌设于所述缝隙内；第一绝缘层(71)包设于左侧面的金属膜(3)；第二绝缘层(72)包设于右侧面的金属膜(3)；第一电极(61)与第一绝缘层(71)相连接；第二电极(62)与第二绝缘层(72)相连接；第二波导(92)的一表面与狭缝天线(1)相连接；第一电极(61)通过导线(4)与直流电源(5)相连接，第二电极(62)通过导线(4)与直流电源(5)相连接；各减阻单元通过第三绝缘层(73)依次相连接；第一波导(91)与第二波导(92)相连接；微波发生器(8)与第一波导(91)相连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置，其特征在于包括：若干个减阻单元、导线(4)、直流电源(5)、第三绝缘层(73)、微波发生器(8)和第一波导(91)；其中，所述减阻单元包括狭缝天线(1)、石英玻璃板(2)、金属膜(3)、第一绝缘层(71)、第二绝缘层(72)、第一电极(61)、第二电极(62)和第二波导(92)，其中，金属膜(3)镀设于石英玻璃板(2)的下表面、左侧面和右侧面；镀设于石英玻璃板(2)的下表面的金属膜(3)开设有缝隙，狭缝天线(1)嵌设于所述缝隙内；第一绝缘层(71)包设于左侧面的金属膜(3)；第二绝缘层(72)包设于右侧面的金属膜(3)；第一电极(61)与第一绝缘层(71)相连接；第二电极(62)与第二绝缘层(72)相连接；第二波导(92)的一表面与狭缝天线(1)相连接；第一电极(61)通过导线(4)与直流电源(5)相连接，第二电极(62)通过导线(4)与直流电源(5)相连接；各减阻单元通过第三绝缘层(73)依次相连接；第一波导(91)与第二波导(92)相连接；微波发生器(8)与第...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡宁，胡远思，陈思聪，时晓天，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11