三维旋转滑动弧等离子体激励器装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于航天动力等离子体强化燃烧技术领域，旨在解决现有的等离子体激励器放电稳定性差、寿命短的问题，具体涉及一种三维旋转滑动弧等离子体激励器装置，包括：隔离支座，其设有第一入口和偏心入口；由第一柱段、第二柱段、第三柱段构成的激励器外壳；第二柱段的内壁设有凸起螺纹线；第三柱段的内壁设有阴极电极；中心电极的一端与阳极电极连接，另一端悬伸至第三柱段的内部，且其外侧设有锥度电极，锥度电极与阴极电极的最小距离处产生滑动弧；在工作状态下，预设气体从偏心入口注入后自发旋转流动，经过凸起螺纹线、锥度电极后吹动滑动弧以形成三维旋转滑动弧；本发明专利技术可实现强化燃烧，大大提高放电稳定性、均匀性以及装置的使用寿命。使用寿命。使用寿命。

Three dimensional rotating sliding arc plasma exciter device

【技术实现步骤摘要】
三维旋转滑动弧等离子体激励器装置


[0001]本专利技术属于航天动力等离子体强化燃烧
，具体涉及一种三维旋转滑动弧等离子体激励器装置。

技术介绍

[0002]滑动弧放电是指阳极和阴极在高压电场激励下，产生电弧通道，电弧被气流驱动而产生滑动的一种放电方式；滑动弧放电等离子体的电子温度较低但电子数密度较高，具有典型的非平衡等离子体特征。研究表明，非平衡等离子体产生过程中释放的大量活性粒子、自由基等，能有效提高燃烧效率，加速燃烧反应的进行。滑动弧放电作为产生非平衡等离子体的一种方法，具有较大的能量密度，能量利用率高并且处理能力较高，因此在环境治理，能源转化，生物医学、航空航天等方面有广泛的应用前景，并且因为具有电极结构简单，温度调节范围广等优点，使其在激励燃烧反应方面具有独特的优势。
[0003]根据电极结构的不同，滑动弧放电主要分为二维平面滑动弧和三维旋转滑动弧，前者放电区域主要为二维平面，二维滑动弧与介质气体的接触面积较小、反应气体在反应器中停留时间较短，导致反应气体转化率较低。后者放电区域为旋转三维立体，具有更大的放电空间和能量利用效率。滑动弧放电所用到的电源有交流电源、直流电源、纳秒脉冲电流。滑动弧放电基本有两种模式，击穿伴随模式和稳定滑动模式，其中击穿伴随模式为：滑动弧放电初期，电弧仅存在于最窄间隙之间，并未出现大幅度的滑动；稳定滑动模式为：电弧在气流吹动下会向气体下游滑动，产生稳定的滑动电弧。目前对滑动弧的放电特性、光谱特性已经有了大量研究，结果表明滑动弧放电体具有明显的周期性质和物理化学性质，其放电过程中产生大量活性粒子、自由基等，可影响燃烧系统的化学平衡，加速燃烧的化学动力学过程。
[0004]电弧运动过程中电场、气流运动状态与滑动弧的运动特征相互影响，因此不同的反应器结构有着不同的激励效果。对于三维旋转滑动弧的产生，旋转气流是必不可少的条件，旋转气流的运动状态对旋转滑动弧的效果有着直接影响。对于大部分的三维滑动弧反应器，所采取的结构通常是锥型电极与外壳接入阴阳电极产生电弧，通过旋流器产生旋转气流来吹动电弧，进而产生三维旋转滑动弧，导致其放电稳定性以及放电均匀性较差，大大缩减激励器的使用寿命。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有的等离子体激励器放电稳定性差、寿命短的问题，本专利技术提供了一种三维旋转滑动弧等离子体激励器装置，包括：隔离支座，具有中空腔室，其一端设置有与所述中空腔室连通的第一入口，其侧部设置有与所述中空腔室连通的偏心入口；
[0006]激励器外壳，由依次设置的第一柱段、第二柱段以及第三柱段构成；所述第一柱段用于与所述隔离支座连接；所述第二柱段的内壁设置有凸起螺纹线；所述第三柱段的内壁
设置有阴极电极；
[0007]中心电极，其一端与设置于所述隔离支座顶端的阳极电极连接，另一端贯穿所述第一入口、所述中空腔室悬伸至所述第三柱段的内部，且其外侧套设有锥度电极，所述锥度电极与阴极电极的最小距离处产生滑动弧；
[0008]在工作状态下，预设气体从所述偏心入口注入后，自发旋转流动，依次经过所述凸起螺纹线、所述锥度电极后吹动所述滑动弧以形成三维旋转滑动弧。
[0009]在一些优选实施例中，所述锥度电极包括第一圆锥段和第二圆锥段，所述第二圆锥段的底面与所述第一圆锥段的底面连接；
[0010]所述第一圆锥段的纵向尺寸小于所述第二圆锥段的纵向尺寸；
[0011]所述第一圆锥段的顶端到所述隔离支座的顶端的距离为L1，所述凸起螺纹线远离所述隔离支座的端部到所述隔离支座的顶端的距离为L2，L2＞L1。
[0012]在一些优选实施例中，所述中空腔室包括第一腔室和第二腔室，所述偏心入口开设于所述第一腔室的侧部；所述第二腔室的纵向轴线与所述第一腔室的纵向轴线一致设置；
[0013]所述第一腔室的内径大于所述第二腔室的内径；
[0014]所述第一腔室的外径大于所述第二腔室的外径；
[0015]所述第一柱段的内径大于所述第二柱段的内径；
[0016]所述第一柱段与所述第二腔室套设固定，并且所述第二腔室的内径与所述第二柱段的内径一致设置。
[0017]在一些优选实施例中，所述第一入口用于与外部供气装置连接，以注入推进剂；
[0018]所述偏心入口用于注入氧化剂。
[0019]在一些优选实施例中，所述偏心入口为切向孔离心式喷嘴。
[0020]在一些优选实施例中，所述第一入口的纵向轴线、所述中心电极的纵向轴线、所述激励器外壳的纵向轴线与所述中空腔室的纵向轴线一致设置。
[0021]在一些优选实施例中，所述第一柱段、所述第二柱段与所述第三柱段一体成型设置。
[0022]在一些优选实施例中，所述第三柱段设置有外螺纹段，用于与目标物固连。
[0023]在一些优选实施例中，所述中心电极为空心管。
[0024]在一些优选实施例中，所述第一柱段与所述中空腔室之间设置有密封件。
[0025]本专利技术的有益效果为：
[0026]1)本专利技术公开的装置，可实现强化燃烧，当装置接入电极后，通过旋流作用产生三维旋转滑动弧，然后与氧化剂、推进剂充分耦合，使可燃烧混合气体被旋转滑动弧电离、加热、裂解成更有利于燃烧的小分子、自由基、活性粒子等，在燃烧室中高效燃烧，起到强化燃烧作用。另外，基于三维旋转滑动弧强化燃烧作用，其可实现贫油点火、贫油燃烧、宽范围点火和辅助燃烧。
[0027]2)在本专利技术中，通过锥度电极和阴极的设置，大大提高放电稳定性和均匀性，进一步提高了激励器的使用寿命；旋流作用使电弧作用的区域更加广泛、更加均匀，并且此激励器结构简单，各部分都可模块化设计和生产，更有利于火箭发动机燃烧室的应用。
[0028]3)本专利技术结构简单，尺寸小，通用性强，可用于滑动弧等离子体强化燃烧实验。
附图说明
[0029]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0030]图1是本专利技术的一种具体实施例的透视示意图；
[0031]图2是本专利技术的另一角度示意图；
[0032]图3是本专利技术中的隔离支座的俯视图；
[0033]图4是图3的A
‑
A剖视示意图。
[0034]附图标记说明：
[0035]100、隔离支座；101、第一腔室，102、第二腔室；110、第一入口，120、偏心入口；200、激励器外壳，210、第一柱段，220、第二柱段，221、凸起螺纹线，230、第三柱段；300、中心电极；400、锥度电极，410、第一圆锥段，420、第二圆锥段。
具体实施方式
[0036]下面参照附图来描述本专利技术的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本专利技术的技术原理，并非旨在限制本专利技术的保护范围。
[0037]本专利技术公开的三维旋转滑动弧等离子体激励器装置，可以产生大气压非平衡本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维旋转滑动弧等离子体激励器装置，其特征在于，包括：隔离支座，具有中空腔室，其一端设置有与所述中空腔室连通的第一入口，其侧部设置有与所述中空腔室连通的偏心入口；激励器外壳，由依次设置的第一柱段、第二柱段以及第三柱段构成；所述第一柱段用于与所述隔离支座连接；所述第二柱段的内壁设置有凸起螺纹线；所述第三柱段的内壁设置有阴极电极；中心电极，其一端与设置于所述隔离支座顶端的阳极电极连接，另一端贯穿所述第一入口、所述中空腔室悬伸至所述第三柱段的内部，且其外侧套设有锥度电极，所述锥度电极与阴极电极的最小距离处产生滑动弧；在工作状态下，预设气体从所述偏心入口注入后，自发旋转流动，依次经过所述凸起螺纹线、所述锥度电极后吹动所述滑动弧以形成三维旋转滑动弧。2.根据权利要求1所述的三维旋转滑动弧等离子体激励器装置，其特征在于，所述锥度电极包括第一圆锥段和第二圆锥段，所述第二圆锥段的底面与所述第一圆锥段的底面连接；所述第一圆锥段的纵向尺寸小于所述第二圆锥段的纵向尺寸；所述第一圆锥段的顶端到所述隔离支座的顶端的距离为L1，所述凸起螺纹线远离所述隔离支座的端部到所述隔离支座的顶端的距离为L2，L2＞L1。3.根据权利要求2所述的三维旋转滑动弧等离子体激励器装置，其特征在于，所述中空腔室包括第一腔室和第二腔室，所述偏心入口开设于所述第一腔室的侧部；所述第二腔室的纵向轴线与所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦洋红，车学科，张天天，张倩，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：