一种强电离放电非平衡等离子源及制备等离子的方法技术

一种强电离放电非平衡等离子源，其特征在于，由电源（１）、接地极（２）、放电极（３）、电介质层构成，电源的频率范围为５０００Ｈｚ～５００００Ｈｚ，输出的交变电压范围为２０００Ｖ～２００００Ｖ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气体电离放电和等离子体应用
，涉及到一种强电离放电非平衡等离子体源。
技术介绍
高气压非平衡等离子体在工业上有很多重要应用，包括静电收尘器、静电复印、静电植绒、静电选别及表面改性等。在化学领域也有所应用，其中形成规模的是臭氧商业生产，一般工业上应用的等离子体源，是以电晕放电及流光(微)放电方法产生非平衡等离子体为主。大多数应用场合是把等离子源与其反应器合二而一加以使用，例如现有的电晕放电电收尘器(EP)、脉冲电晕放电的脱硫脱硝研究的设备等均是等离子体源和反应器合二而一加以使用的。由于现有工业上用的等离子体源均采用直流电晕放电、脉冲电晕放电的方法产生的，它的放电电场强度分别低于10kV/cm、20kV/cm，电子具有平均能量分别低于1eV、2eV，等离子体浓度小于106/cm3。由于等离子体源输出的等离子体浓度低，等离子体源每立方厘米、每小时只能处理27×10-6m3的气量。例如，要处理105m3/h烟气量的等离子体源中小型电收尘器体积约为3700m3，是一个庞大设置。高气压非平衡等离子体源在军事上，尤其是在飞行器隐身、减阻以及隐身天线等领域中显示出无可比拟的突出特点，势必成为具有突破性的新军事科学技术及其装备的发展方向，也是目前世界各军事强国竞相研究的焦点。等离子体隐身、减阻技术是一种创新的概念，近期有不少学者进行等离子体隐身、减阻的理论及方法研究。等离子体隐身、减阻方法并不涉及飞行器本身的空气动力系统，在不影响被保护飞行器技术性能的同时，又能大幅度降低飞行器的被发现概率和飞行阻力。等离子体隐身技术对飞行器外形没有特殊要求，可以把现在不具备隐身性能的飞机装备成隐身飞机。它具有吸收频带宽、吸收率高、使用简便、服役时间长、不用维护保养等特点。该项目一旦研究成功，就能完全克服美国、俄罗斯现有的涂覆一层吸波材料的隐身技术的缺点。2002年孙爱萍等人理论计算表明，在等离子体密度为1011/cm3及其厚度为10cm的条件下，无论均匀、非均匀等离子体对电磁波能量的吸收率达到90％。1992年，美国休斯实验室Vidmar等人进行了等离子体隐身研究，据研究报导电磁波4GHz-14GHz范围内能平均衰减20dB。据媒体报导称，俄罗斯在等离子体隐身技术研究领先于美国。1999年报导俄罗斯克尔德什(keldysh)研究中心的电晕放电非平衡等离子体隐身研究进展，据称雷达散射面积衰减30dB。存在需要存储大量液体试剂及加热蒸发等一系列附加配件，所以等离子体源设备体积大、重量重(100kg/个)、耗能大(40kW/个)等问题。一个第五代米格战斗机(MFI)就需安装4台，一个战斗机很难运载400kg的等离子体源，也很难提供160kW功率。这表明了他们并没有解决等离子体隐身工程上一系列的关键技术。至于媒体报导他们在现役飞机上应用以及国外出售等离子体隐身技术是不可信的。长期以来，以美俄为主导的军事大国都在关注等离子体减少飞行阻力的研究工作。减小飞行器阻力是提高飞行器气动性能基本要求，增加了飞行器升力和提高升阻比，以便提高飞行速度和增加航程。只要飞机阻力下降百分之几，对飞行器和民航机来说，每年可节省上千亿美元的燃料成本。因此，世界各航空航天大国都一直致力于飞行器的等离子体减阻研究。1995年、1996年美国田纳西大学(UTK)等离子体科学实验室Roth等人进行了大气辉光放电等离子体减阻研究。2000年美国空军研究单位Yano等人进行超声非平衡等离子体减阻风洞试验；2002年Shang等人、Appartaim等人和2003年Soloviev等人分别进行了飞机的超声速等离子体减阻实验研究。研究表明，等离子体层能够将静电彻体力传输到气动边界层，减少了边界层湍流度，抑制了湍流涡系的形成，从而减少飞行器的阻力系数和消除飞行器表面上边界层湍流的影响，飞行器模型阻力减少了近30％。这些研究都是在辉光放电条件下进行的，飞行器在高空飞行时很难在其表面形成辉光放电层，是做不到的。等离子体天线“将使武器设计和战术发生革命”，为此1984年T.J.Dwyer1996年美国Roth、1998年Igor等人、2003年Novikov等人和Grwal等人均进行了大量等离子体隐身天线研究。研究表明，只要等离子体的电子浓度大于2.43×1012/cm3时，入射电磁波频率低于14GHz的所有频带，它在等离子体镜面的反射率与金属镜面的反射率几乎一样，接近100％。等离子体天线是一种新型电控无惯性宽带天线，具有低成本，结构简单，瞬间宽频带和雷达散射截面积为零等特性。适用于平台自卫、高分辨率成像、目标识别等雷达及雷达对抗领域。因而大大提高隐身平台的作战功能，21世纪是作战平台隐身的时代。美国海军研制成直径为790mm，高度为810mm的等离子体天线。它们工作在真空系统中，阴极、阳极均采用铜制成的，在电极之间产生了辉光放电，形成了等离子体的镜面反射器，增加消耗功率70kW以上，目前还存在使用大面积铜作为电极，雷达散射面积还是不小的，另外还存在庞大真空系统和能耗增加等问题。所以说，具有雷达散射截面积为零，无真空系统，低电耗的等离子体源将成为今后等离子体天线研究的主攻方向。为何这些研究成果还没有用于现役军事装备上，甚至还没有进行可行性的模拟试验，其主要问题是没有适用于飞行器隐身、减阻技术要求的小型、低能耗、高浓度的非平衡等离子体源。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种离子源体积小、耗能低，硬度高，损耗小，产生的离子浓度高的强电离放电非平衡等离子体源及制备等离子的方法。本专利技术的技术解决方案是，一种强电离放电非平衡等离子源，由电源1、接地极2、放电极3、电介质层构成，电源的频率范围为5000Hz~50000Hz，输出的交变电压范围为2000V～20000V。接地极2为壳体。电介质层6与放电极3连结，电介质层6与接地极2之间的放电间隙为0.2～1.5mm。电介质层9与接地极2连结，电介质层9与放电极3之间的放电间隙为0.2～1.5mm。电介质层6与放电极3连结，电介质层9与接地极2连结，电介质层6与电介质层9之间的放电间隙为0.2～1.5mm。作为接地极2的壳体为管形。作为接地极2的壳体为平板形。一种强电离放电非平衡等离子源制备等离子体的方法，向放电极3上施加交变电压，在放电间隙5中建立放电电场，形成流光放电，产生等离子体4，再把等离子体4从放电电场中成束的输送出等离子体束8，工作环境温度为500℃～800℃。用气体7把等离子体4从放电电场中成束的输送出等离子体束8，气体的压力0.2～0.4MPa电介质层材料为陶瓷、玻璃或搪瓷。外输等离子体束8的等离子体浓度为1012~1014/cm3，放电有效单位体积、单位时间处理气量为15~50m3/cm3·h，等离子体源的放电能流密度低于2W/mm2，等离子体源的硬度＞1000HV，损耗＜4×10-4。一种强电离放电非平衡等离子源，首先由放电极、接地极、电介质层及隔片组成放电间隙，然后向放电极上施加交变电压，在放电间隙中建立起激励平均电场强度为100kV/cm～200kV/cm的放电电场，利用介质层阻挡交变电场发生火花及弧光放电，使放电间隙里形成流光放电，产生浓度为1015/cm3等离子体。再在外加力的作用下，把等离子体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白敏冬，张芝涛，白希尧，白敏菂，杨波，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：