等离子体激励控制三维激波/附面层干扰角区分离的装置及方法制造方法及图纸

提供一种等离子体激励控制三维激波/附面层干扰角区分离电路系统，包括进气道简化模型(3)，激波发生器(4)，等离子体合成射流激励器(1)，脉冲电弧放电等离子体激励器(2)，脉冲电源(5)，圆柱形垂直通孔(6)。还提供一种相应的等离子体激励控制三维激波/附面层干扰角区分离的方法。本发明专利技术通过等离子体激励有效调控角区分离的尺度，进而控制主流分离泡的大小，从而改善进气道工作的稳定性。

Device and Method for Controlling Three-Dimensional Shock Wave/Boundary Layer Disturbance Angle Separation by Plasma Excitation

【技术实现步骤摘要】
等离子体激励控制三维激波/附面层干扰角区分离的装置及方法
本专利技术涉及等离子体主动流动控制技术，具体涉及一种控制三维激波/附面层干扰角区分离方法及相应的等离子体激励装置。
技术介绍
涡轮冲压组合动力是近空间高速飞行器发展的核心技术。涡轮冲压组合动力的工作速度范围宽广(0-4.5Ma)，涡轮与冲压工作模态往复切换，给宽速域、低损失、弱畸变进气道气动设计带来很大挑战。进气道非设计状态条件下容易产生复杂的三维激波/附面层干扰问题。激波/附面层干扰诱导的流动分离会导致总压损失与流场畸变，总压损失直接影响发动机推力，流场畸变则会向下游传播，严重时导致燃烧室局部发生边区燃烧等问题。真实进气道条件下，三维激波/附面层干扰还会导致显著的角区流动分离，角区流动与主流高度耦合，严重影响着主流流动分离，且调控难度很大。目前，涡流发生器与附面层吸除技术在角区流动分离控制上取得了一定的流动控制效果，但是固定位置的涡流发生器难以适应宽广的进气道工作状态，迫切需要发展新的流动控制途径。等离子体激励具有响应快(0.1ms)、频带宽(10Hz-100kHz)、结构简单等显著技术优势，是目前国内外激波/附面层干扰流动控制领域的研究热点。将等离子体技术应用到三维激波/附面层干扰角区分离是本
发展的一个新方向。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提出一种等离子体激励控制三维激波/附面层干扰角区分离的装置，其特征在于，包括进气道简化模型3，激波发生器4，等离子体合成射流激励器1，脉冲电弧放电等离子体激励器2，圆柱形垂直通孔6；其中进气道简化模型3为中空长方体形壳体，内部开有长方形通孔，用来模拟二维进气道构形，气流从左入口进，从右出口出，进气道简化模型3采用绝缘材料制成；激波发生器4为三棱柱体斜坡，固定安装于进气道简化模型3上壁面的内表面，用来模拟产生在来流条件下进气道进口产生的入射斜激波，激波发生器4的坡度范围为20～30度，激波发生器4采用绝缘材料制成；进气道简化模型3的侧壁面和下壁面都打有圆柱形垂直通孔6，用于安装等离子体合成射流激励器1和脉冲电弧放电等离子体激励器2，圆柱形垂直通孔6的数量为2N，N为非零自然数；其中，在角区激波前缘有N个通孔，其中下壁面N/2个，侧壁面N/2个，下壁面N/2个和侧壁面N/2个圆柱形垂直通孔6均沿流向排列，流向间距相等；下壁面和侧壁面圆柱形垂直通孔6的位置沿两壁面交线对称，其中下壁面的N/2个圆柱形垂直通孔6分别安装第一、第二、…第N/2等离子体合成射流激励器1-1、1-2、…1-N/2，侧壁面的N/2个圆柱形垂直通孔6分别安装第N/2+1、第N/2+2、…第N等离子体合成射流激励器1-N/2+1、1-N/2+2、…1-N；在角区激波上游有N个通孔，其中下壁面N/2个，侧壁面N/2个，与上述情况相同，下壁面N/2个和侧壁面N/2个圆柱形垂直通孔6均沿流向排列，流向间距相等；下壁面和侧壁面圆柱形垂直通孔6的位置沿两壁面交线对称，其中下壁面的N/2个圆柱形垂直通孔6分别安装第一、第二、…第N/2脉冲电弧放电等离子体激励器2-1、2-2、…2-N/2，侧壁面的N/2个圆柱形垂直通孔6分别安装第N/2+1、第N/2+2、…第N脉冲电弧放电等离子体激励器2-N/2+1、2-N/2+2、…2-N；等离子体合成射流激励器1安装于角区激波前缘，由腔体、喷口、放电电极三部分组成，腔体构型为圆腔形，体积范围为50mm3～100mm3；腔体外部直径略小于圆柱形垂直通孔6直径以便于放入；安装时上表面与进气道壁面平齐；放电电极形状为圆柱形针状结构，直径为1mm～3mm；长度为2mm～5mm；放电电极上端位于腔体内部，下端穿出腔体与导线相连；喷口构型也为圆腔型，喷口直径范围为1mm～3mm；深度为0.5mm～2mm；脉冲电弧放电等离子体激励器2的形状为圆柱形，圆柱形直径略小于圆柱形垂直通孔6直径以便于放入；脉冲电弧放电等离子体激励器2的正、负两个放电电极上下贯穿圆柱并置于其中，正、负两个放电电极在圆柱中对称放置且彼此平行，正、负两个放电电极上端与圆柱上表面齐平，正、负两个放电电极下端穿出圆柱下表面并与导线相连；放电电极形状为圆柱形针状结构，直径为1mm～3mm，长度根据需要确定，能够贯穿特富圆柱即可；脉冲电弧放电等离子体激励器2固定于圆柱形垂直通孔6中，其上表面与进气道内壁面齐平，下表面与进气道外壁面平齐；等离子体合成射流激励器1两电极间距为3mm～6mm；等离子体合成射流激励器1流向间距为10mm～20mm；等离子体合成射流激励器1中轴线与相邻壁面之间间距为5mm～10mm；脉冲电弧放电等离子体激励器2两电极间距为3mm～6mm；脉冲电弧放电等离子体激励器2流向间距为10mm～20mm；脉冲电弧放电等离子体激励器2中轴线与相邻壁面之间间距为5mm～10mm；第二等离子体合成射流激励器1-2与第一脉冲电弧放电等离子体激励器2-1之间的流向间距为10mm～20mm；等离子体合成射流激励器1和脉冲电弧放电等离子体激励器2的放电电极材料均采用耐高温金属。在本专利技术的一个实施例中，等离子体合成射流激励器1腔体的体积为100mm3；放电电极直径为1mm；长度为4mm；通过绝缘胶带将导线与放电电极封缠，防止爬电；喷口直径为1mm；深度为2mm；脉冲电弧放电等离子体激励器2采用绝缘特氟龙材料制作，通过绝缘胶带将导线与放电电极封缠，防止爬电；放电电极直径为1mm；激波发生器4的坡度范围为24度；等离子体合成射流激励器1两电极间距为5mm；等离子体合成射流激励器1流向间距为15mm；等离子体合成射流激励器1中轴线与相邻壁面之间间距为5mm；脉冲电弧放电等离子体激励器2两电极间距为5mm；脉冲电弧放电等离子体激励器2流向间距为15mm；脉冲电弧放电等离子体激励器2中轴线与相邻壁面之间间距为5mm；第二等离子体合成射流激励器1-2与第一脉冲电弧放电等离子体激励器2-1之间的流向间距为10mm；等离子体合成射流激励器1和脉冲电弧放电等离子体激励器2的放电电极材料均采用铜、铁或钨。在本专利技术的一个具体实施例中，圆柱形垂直通孔6个数为8个，在角区激波前缘有4个通孔，其中下壁面2个，侧壁面2个；在角区激波上游有4个通孔，其中下壁面2个，侧壁面2个。还提供一种等离子体激励控制三维激波/附面层干扰角区分离电路系统，其特征在于，包括进气道简化模型3，激波发生器4，等离子体合成射流激励器1，脉冲电弧放电等离子体激励器2，脉冲电源5，圆柱形垂直通孔6；其中进气道简化模型3为中空长方体形壳体，内部开有长方形通孔，用来模拟二维进气道构形，气流从左入口进，从右出口出，进气道简化模型3采用绝缘材料制成；激波发生器4为三棱柱体斜坡，固定安装于进气道简化模型3上壁面的内表面，用来模拟产生在来流条件下进气道进口产生的入射斜激波，激波发生器4采用绝缘材料制成；进气道简化模型3的侧壁面和下壁面都打有圆柱形垂直通孔6，用于安装等离子体合成射流激励器1和脉冲电弧放电等离子体激励器2，圆柱形垂直通孔6的数量为8个；其中，在角区激波前缘有4个通孔，其中下壁面2个，侧壁面2个，下壁面2个和侧壁面2个圆柱形垂直通孔6均沿流向排列，流向间距相等；下壁面和侧壁面圆柱形垂直通孔6的位置沿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.等离子体激励控制三维激波/附面层干扰角区分离的装置，其特征在于，包括进气道简化模型(3)，激波发生器(4)，等离子体合成射流激励器(1)，脉冲电弧放电等离子体激励器(2)，圆柱形垂直通孔(6)；其中进气道简化模型(3)为中空长方体形壳体，内部开有长方形通孔，用来模拟二维进气道构形，气流从左入口进，从右出口出，进气道简化模型(3)采用绝缘材料制成；激波发生器(4)为三棱柱体斜坡，固定安装于进气道简化模型(3)上壁面的内表面，用来模拟产生在来流条件下进气道进口产生的入射斜激波，激波发生器(4)的坡度范围为20～30度，激波发生器(4)采用绝缘材料制成；进气道简化模型(3)的侧壁面和下壁面都打有圆柱形垂直通孔(6)，用于安装等离子体合成射流激励器(1)和脉冲电弧放电等离子体激励器(2)，圆柱形垂直通孔(6)的数量为2N，N为非零自然数；其中，在角区激波前缘有N个通孔，其中下壁面N/2个，侧壁面N/2个，下壁面N/2个和侧壁面N/2个圆柱形垂直通孔(6)均沿流向排列，流向间距相等；下壁面和侧壁面圆柱形垂直通孔(6)的位置沿两壁面交线对称，其中下壁面的N/2个圆柱形垂直通孔(6)分别安装第一、第二、…第N/2等离子体合成射流激励器(1‑1、1‑2、…1‑N/2)，侧壁面的N/2个圆柱形垂直通孔(6)分别安装第N/2+1、第N/2+2、…第N等离子体合成射流激励器(1‑N/2+1、1‑N/2+2、…1‑N)；在角区激波上游有N个通孔，其中下壁面N/2个，侧壁面N/2个，与上述情况相同，下壁面N/2个和侧壁面N/2个圆柱形垂直通孔(6)均沿流向排列，流向间距相等；下壁面和侧壁面圆柱形垂直通孔(6)的位置沿两壁面交线对称，其中下壁面的N/2个圆柱形垂直通孔(6)分别安装第一、第二、…第N/2脉冲电弧放电等离子体激励器(2‑1、2‑2、…2‑N/2)，侧壁面的N/2个圆柱形垂直通孔(6)分别安装第N/2+1、第N/2+2、…第N脉冲电弧放电等离子体激励器(2‑N/2+1、2‑N/2+2、…2‑N)；等离子体合成射流激励器(1)安装于角区激波前缘，由腔体、喷口、放电电极三部分组成，腔体构型为圆腔形，体积范围为50mm...

【技术特征摘要】
1.等离子体激励控制三维激波/附面层干扰角区分离的装置，其特征在于，包括进气道简化模型(3)，激波发生器(4)，等离子体合成射流激励器(1)，脉冲电弧放电等离子体激励器(2)，圆柱形垂直通孔(6)；其中进气道简化模型(3)为中空长方体形壳体，内部开有长方形通孔，用来模拟二维进气道构形，气流从左入口进，从右出口出，进气道简化模型(3)采用绝缘材料制成；激波发生器(4)为三棱柱体斜坡，固定安装于进气道简化模型(3)上壁面的内表面，用来模拟产生在来流条件下进气道进口产生的入射斜激波，激波发生器(4)的坡度范围为20～30度，激波发生器(4)采用绝缘材料制成；进气道简化模型(3)的侧壁面和下壁面都打有圆柱形垂直通孔(6)，用于安装等离子体合成射流激励器(1)和脉冲电弧放电等离子体激励器(2)，圆柱形垂直通孔(6)的数量为2N，N为非零自然数；其中，在角区激波前缘有N个通孔，其中下壁面N/2个，侧壁面N/2个，下壁面N/2个和侧壁面N/2个圆柱形垂直通孔(6)均沿流向排列，流向间距相等；下壁面和侧壁面圆柱形垂直通孔(6)的位置沿两壁面交线对称，其中下壁面的N/2个圆柱形垂直通孔(6)分别安装第一、第二、…第N/2等离子体合成射流激励器(1-1、1-2、…1-N/2)，侧壁面的N/2个圆柱形垂直通孔(6)分别安装第N/2+1、第N/2+2、…第N等离子体合成射流激励器(1-N/2+1、1-N/2+2、…1-N)；在角区激波上游有N个通孔，其中下壁面N/2个，侧壁面N/2个，与上述情况相同，下壁面N/2个和侧壁面N/2个圆柱形垂直通孔(6)均沿流向排列，流向间距相等；下壁面和侧壁面圆柱形垂直通孔(6)的位置沿两壁面交线对称，其中下壁面的N/2个圆柱形垂直通孔(6)分别安装第一、第二、…第N/2脉冲电弧放电等离子体激励器(2-1、2-2、…2-N/2)，侧壁面的N/2个圆柱形垂直通孔(6)分别安装第N/2+1、第N/2+2、…第N脉冲电弧放电等离子体激励器(2-N/2+1、2-N/2+2、…2-N)；等离子体合成射流激励器(1)安装于角区激波前缘，由腔体、喷口、放电电极三部分组成，腔体构型为圆腔形，体积范围为50mm3～100mm3；腔体外部直径略小于圆柱形垂直通孔(6)直径以便于放入；安装时上表面与进气道壁面平齐；放电电极形状为圆柱形针状结构，直径为1mm～3mm；长度为2mm～5mm；放电电极上端位于腔体内部，下端穿出腔体与导线相连；喷口构型也为圆腔型，喷口直径范围为1mm～3mm；深度为0.5mm～2mm；脉冲电弧放电等离子体激励器(2)的形状为圆柱形，圆柱形直径略小于圆柱形垂直通孔(6)直径以便于放入；脉冲电弧放电等离子体激励器(2)的正、负两个放电电极上下贯穿圆柱并置于其中，正、负两个放电电极在圆柱中对称放置且彼此平行，正、负两个放电电极上端与圆柱上表面齐平，正、负两个放电电极下端穿出圆柱下表面并与导线相连；放电电极形状为圆柱形针状结构，直径为1mm～3mm，长度根据需要确定，能够贯穿特富圆柱即可；脉冲电弧放电等离子体激励器(2)固定于圆柱形垂直通孔(6)中，其上表面与进气道内壁面齐平，下表面与进气道外壁面平齐；等离子体合成射流激励器(1)两电极间距为3mm～6mm；等离子体合成射流激励器(1)流向间距为10mm～20mm；等离子体合成射流激励器(1)中轴线与相邻壁面之间间距为5mm～10mm；脉冲电弧放电等离子体激励器(2)两电极间距为3mm～6mm；脉冲电弧放电等离子体激励器(2)流向间距为10mm～20mm；脉冲电弧放电等离子体激励器(2)中轴线与相邻壁面之间间距为5mm～10mm；第二等离子体合成射流激励器(1-2)与第一脉冲电弧放电等离子体激励器(2-1)之间的流向间距为10mm～20mm；等离子体合成射流激励器(1)和脉冲电弧放电等离子体激励器(2)的放电电极材料均采用耐高温金属。2.如权利要求1所述的等离子体激励控制三维激波/附面层干扰角区分离的装置，其特征在于等离子体合成射流激励器(1)腔体的体积为100mm3；放电电极直径为1mm；长度为4mm；通过绝缘胶带将导线与放电电极封缠，防止爬电；喷口直径为1mm；深度为2mm；脉冲电弧放电等离子体激励器(2)采用绝缘特氟龙材料制作，通过绝缘胶带将导线与放电电极封缠，防止爬电；放电电极直径为1mm；激波发生器(4)的坡度范围为24度；等离子体合成射流激励器(1)两电极间距为5mm；等离子体合成射流激励器(1)流向间距为15mm；等离子体合成射流激励器(1)中轴线与相邻壁面之间间距为5mm；脉冲电弧放电等离子体激励器(2)两电极间距为5mm；脉冲电弧放电等离子体激励器(2)流向间距为15mm；脉冲电弧放电等离子体激励器(2)中轴线与相邻壁面之间间距为5mm；第二等离子体合成射流激励器(1-2)与第一脉冲电弧放电等离子体激励器(2-1)之间的流向间距为10mm；等离子体合成射流激励器(1)和脉冲电弧放电等离子体激励器(2)的放电电极材料均采用铜、铁或钨。3.如权利要求1或2所述的等离子体激励控制三维激波/附面层干扰角区分离的装置，其特征在于，圆柱形垂直通孔(6)个数为8个，在角区激波前缘有4个通孔，其中下壁面2个，侧壁面2个；在角区激波上游有4个通孔，其中下壁面2个，侧壁面2个。4.等离子体激励控制三维激波/附面层干扰角区分离电路系统，其特征在于，包括进气道简化模型(3)，激波发生器(4)，等离子体合成射流激励器(1)，脉冲电弧放电等离子体激励器(2)，脉冲电源(5)，圆柱形垂直通孔(6)；其中进气道简化模型(3)为中空长方体形壳体，内部开有长方形通孔，用来模拟二维进气道构形，气流从左入口进，从右出口出，进气道简化模型(3)采用绝缘材料制成；激波发生器(4)为三棱柱体斜坡，固定安装于进气道简化模型(3)上壁面的内表面，用来模拟产生在来流条件下进气道进口产生的入射斜激波，激波发生器(4)采用绝缘材料制成；进气道简化模型(3)的侧壁面和下壁面都打有圆柱形垂直通孔(6)，用于安装等离子体合成射流激励器(1)和脉冲电弧放电等离子体激励器(2)，圆柱形垂直通孔(6)的数量为8个；其中，在角区激波前缘有4个通孔，其中下壁面2个，侧壁面2个，下壁面2个和侧壁面2个圆柱形垂直通孔(6)均沿流向排列，流向间距相等；下壁面和侧壁面圆柱形垂直通孔(6)的位置沿两壁面交线对称，其中下壁面的2个圆柱形垂直通孔(6)分别安装第一、第二等离子体合成射流激励器(1-1、1-2)，侧壁面的2个圆柱形垂直通孔(6)分别安装第3、第4等离子体合成射流激励器(1-3、1-4)；在角区激波上游有4个通孔，其中下壁面2个，侧壁面2个，与上述情况相同，下壁面2个和侧壁面2个圆柱形垂直通孔(6)均沿流向排列，流向间距相等；下壁面和侧壁面圆柱形垂直通孔(6)的位置沿两壁面交线对称，其中下壁面的2个圆柱形垂直通孔(6)分别安装第一、第二脉冲电弧放电等离子体激励器(2-1、2-2)，侧壁面的2个圆柱形垂直通孔(6)分别安装第三、第四脉冲电弧放电等离子体激励器(2-3、2-4)；等离子体合成射流激励器(1)安装于角区激波前缘，由腔体、喷口、放电电极三部分组成，腔体构型为圆腔形，体积范围为50mm3～100mm3；腔体外部直径略小于圆柱形垂直通孔(6)直径以便于放入；安装时上表面与进气道壁面平齐；放电电极形状为圆柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴云，唐孟潇，郭善广，张志波，梁华，金迪，贾敏，宋慧敏，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61