【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及主动流动控制领域，尤其涉及一种实时可变阵型的大规模脉冲电弧等离子体激励器矩阵。
技术介绍
1、在航空领域，超音速激波流动控制多采用脉冲表面电弧等离子体激励器。该激励器具有响应速度快和激励强度大的优势，能够在短时间内通过电弧加热向流场中注入大量热能，通过热阻塞效应改变原有的激波结构或者促进边界层内部的动量掺混，进而达到抑制流动分离和降低激波强度的目的。在结构上，该激励器由一对钨针电极(阳极+阴极)和一个绝缘基板组成。受现有高压脉冲电源输出电压的限制(10kv-20kv)，典型放电间距多为2-5mm。因此，在实际工程应用中，为实现高速飞行器全尺寸进气道(典型宽度：500mm)的流动控制，必须将几十、甚至几百个脉冲电弧等离子体激励器组成矩阵，实现更大范围的流场操控能力。一方面，电弧等离子体激励器数量规模的增加对供电电源和电路设计提出极大的挑战。根据公开文献报道，单电源能够实现的电弧等离子体激励器放电路数为31路(【1】zhang,z.-b.,wu,y.,jia,m.,song,h.-m.,sun,z.-z.,&li,y.-h.(2017).modeling andoptimization of the multichannel spark discharge.chinese physics b,26(6).doi:10.1088/1674-1056/26/6/065204)。另一方面，由于飞行器飞行状态多变，要求大规模电弧等离子体激励器矩阵的阵型能够根据来流状态进行实时的智能自适应调整，以期达到最佳流动控制效果。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提出一种实时可变阵型的大规模脉冲电弧等离子体激励器矩阵，其基于一种脉冲表面电弧等离子体激励器，该激励器由绝缘基板、阳极和阴极组成；阳极和阴极外形为针状，从绝缘基板的背面垂直插入到正面；阳极和阴极的顶部与绝缘基板上表面平齐；阳极和阴极的顶部底部露出；对绝缘极板下面区域进行密封；阳极和阴极之间的电极间隙由外部供电电源的击穿电压以及环境气压决定；其特征在于，将单个所述电弧等离子体激励器沿着行和列两个方向上进行扩展，得到电弧等离子体激励器矩阵。
2、在本专利技术的一个实施例中，
3、脉冲表面电弧等离子体激励器阳极和阴极之间的电极间隙为0.5-5mm；绝缘基板板材厚度为3mm-20mm；
4、电弧等离子体激励器矩阵行和列的排布间距范围为5-30mm；
5、对矩阵的激励器进行编号，按照从左到右、自上至下的顺序依次编号为1，2,…,n。
6、在本专利技术的一个具体实施例中，
7、脉冲表面电弧等离子体激励器阳极和阴极之间的电极间隙为2mm；绝缘基板板材厚度为10mm；
8、电弧等离子体激励器矩阵行和列的排布间距范围为10mm；
9、电弧等离子体激励器矩阵的布局方式为方阵型、三角阵型或菱形阵型。
10、提供一种实时可变阵型的大规模脉冲电弧等离子体激励器矩阵的供电电路，其为上述实时可变阵型的大规模脉冲电弧等离子体激励器矩阵供电；其中，
11、用g1，g2，…，gn指代激励器1，2，…，n；每一个激励器均有自己独立的供电单元，每个供电单元结构均相同，各个激励器相互之间通过二极管dai进行隔离，i＝1,2,…,n，放电的通断由触发信号qi控制；
12、激励器g2的供电单元具体如下：电感器l、第二隔离二极管da2、第二电容放电二极管db2、第二激励器g2按常规连接方法依次串联在直流电源dc的输出端和地之间；第二储能电容c2跨接在第二隔离二极管da2和第二电容放电二极管db2之间的节点与地之间；第二开关管s2栅极输入触发信号q2，其漏极连接第二隔离二极管da2和第二电容放电二极管db2之间的节点，其源极连接第二变压器t2的初级线圈正极端；第二触发放电二极管dc2的负端接第二电容放电二极管db2和第二激励器g2之间的节点，其正端接第二变压器t2的次级线圈正极端；第二变压器t2的初级线圈负极端和次级线圈负极端接地。
13、在本专利技术的另一个实施例中，第二开关管s2为晶体三极管、金属氧化物半导体场效应管mosfet或者其他电力电子开关。
14、上述实时可变阵型的大规模脉冲电弧等离子体激励器矩阵的供电电路，具体工作原理如下：
15、(1)直流电源dc与电感器l、第一隔离二极管da1和第一储能电容c1构成倍压充电回路；倍压充电完成后，第一储能电容c1两端的电压为直流电源dc输出电压u0的两倍；为保证在充电过程中气体间隙不会自动击穿，直流电源dc的输出电压u0应小于第一激励器g1两端击穿电压ub的一半；直流电源的最大输出功率pmax由直流电源输出电压u0、激励器总数n、激励器最高工作频率fmax以及第一储能电容c1决定，具体计算公式如下：
16、pmax＝2nfmaxc1u02 (1)
17、在充电过程中，电感器l起到限制充电电流和储存电能的作用；由于电源的最大输出电流imax＝pmax/u0，故电感器的最小电感值lmin通过求解倍压充电电路的二阶微分方程得到：
18、
19、当电感值过小，即l<lmin时，电路的充电电流将会超过直流电源的最大输出电流，引起直流电源dc输出过载；相反，当电感值过大时，会引起充电时间过长，影响激励器的最高放电工作频率；第一二极管da1耐受电压应高于两倍的直流电源dc输出电压，额定电流应大于直流电源dc的最大输出电流imax；第一储能电容c1的耐受电压应大于两倍的直流电源dc输出电压；
20、(2)第一储能电容c1、第一开关管s1和第一变本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种实时可变阵型的大规模脉冲电弧等离子体激励器矩阵，其基于一种脉冲表面电弧等离子体激励器，该激励器由绝缘基板、阳极和阴极组成；阳极和阴极外形为针状，从绝缘基板的背面垂直插入到正面；阳极和阴极的顶部与绝缘基板上表面平齐；阳极和阴极的顶部底部露出；对绝缘极板下面区域进行密封；阳极和阴极之间的电极间隙由外部供电电源的击穿电压以及环境气压决定；其特征在于，将单个所述电弧等离子体激励器沿着行和列两个方向上进行扩展，得到电弧等离子体激励器矩阵。
2.如权利要求1所述的实时可变阵型的大规模脉冲电弧等离子体激励器矩阵，其特征在于，
3.如权利要求2所述的实时可变阵型的大规模脉冲电弧等离子体激励器矩阵，其特征在于，
4.实时可变阵型的大规模脉冲电弧等离子体激励器矩阵的供电电路，其为如权利要求1至3任一项所述的实时可变阵型的大规模脉冲电弧等离子体激励器矩阵供电；其特征在于，
5.如权利要求4所述的实时可变阵型的大规模脉冲电弧等离子体激励器矩阵的供电电路，其特征在于，第二开关管S2为晶体三极管、金属氧化物半导体场效应管MOSFET或者其他电力电子开关
6.如权利要求4所述的实时可变阵型的大规模脉冲电弧等离子体激励器矩阵的供电电路，其特征在于，供电电路的具体工作原理如下：
7.如权利要求6所述的实时可变阵型的大规模脉冲电弧等离子体激励器矩阵的供电电路，其特征在于，
8.如权利要求7所述的实时可变阵型的大规模脉冲电弧等离子体激励器矩阵的供电电路，其特征在于，
9.一种利用移位寄存器实现激励器矩阵阵型的实时可变控制方法，其基于如权利要求1-3任一项所述的实时可变阵型的大规模脉冲电弧等离子体激励器矩阵，其特征在于，
10.一种利用移位寄存器实现激励器矩阵阵型的实时可变控制方法，其特征在于，可变阵型等离子体激励器矩阵的一个完整工作周期包含4个阶段：激励阵型设置阶段、高压触发放电阶段、电容放电阶段和电容充电阶段；具体如下：
...【技术特征摘要】
1.一种实时可变阵型的大规模脉冲电弧等离子体激励器矩阵，其基于一种脉冲表面电弧等离子体激励器，该激励器由绝缘基板、阳极和阴极组成；阳极和阴极外形为针状，从绝缘基板的背面垂直插入到正面；阳极和阴极的顶部与绝缘基板上表面平齐；阳极和阴极的顶部底部露出；对绝缘极板下面区域进行密封；阳极和阴极之间的电极间隙由外部供电电源的击穿电压以及环境气压决定；其特征在于，将单个所述电弧等离子体激励器沿着行和列两个方向上进行扩展，得到电弧等离子体激励器矩阵。
2.如权利要求1所述的实时可变阵型的大规模脉冲电弧等离子体激励器矩阵，其特征在于，
3.如权利要求2所述的实时可变阵型的大规模脉冲电弧等离子体激励器矩阵，其特征在于，
4.实时可变阵型的大规模脉冲电弧等离子体激励器矩阵的供电电路，其为如权利要求1至3任一项所述的实时可变阵型的大规模脉冲电弧等离子体激励器矩阵供电；其特征在于，
5.如权利要求4所述的实时可变阵型的大规模脉冲电...
【专利技术属性】
技术研发人员：宗豪华，吴云，梁华，苏志，李金平，魏彪，
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：
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