【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要应用于等离子体点火助燃、等离子体活化裂解、等离子体废气处理等领域，具体涉及一种基于内外涵压力差自引气的高旋流度滑动弧激励器。
技术介绍
1、相比于其他放电形式，滑动弧等离子体放电介于平衡与非平衡等离子体之间，兼具平衡等离子体和非平衡等离子体的特点。当滑动弧处于平衡等离子体模式时，具有较高的气体温度，可担负燃烧室的点火任务；而当滑动弧处于非平衡等离子体模式时，具有较高的电子温度，能够改变化学反应路径并提高化学反应速度，可担负燃烧室的助燃任务。因此，滑动弧等离子体激励器在等离子体点火助燃、等离子体活化裂解、等离子体废气处理等领域应用时具备一定优势。滑动弧形成稳定放电可大致分为两个步骤：第一步是阴极阳极抬高电势差进而击穿空气间隙形成电弧通道；第二步滑动弧在气体气动力的作用下向气流流动方向滑动并不断演化发展。
2、为实现燃烧室的稳定点火和高效燃烧，滑动弧激励器必须能够长时间稳定工作且不阻塞燃烧室内部流动。滑动弧激励器长时间稳定工作可以有效增大与反应物的接触面积和反应时间。为保证滑动弧激励器长时间稳定工作，必须保证激励器内部放电区域能够充分散热以降低内部结构的烧蚀，增加激励器内流旋流强度可以有效实现该目标。滑动弧激励器工作时需要载气驱动滑动弧，滑动弧滑出激励器才能与外界可燃物接触，可外接载气管道会增大阻塞比，因此在航空发动机中合理解决载气来源、降低阻塞比问题至关重要。
3、专利cn202111086911.7公开了一种用于产生滑动弧的结构及具有该结构的等离子体点火器，这种点火器的载气来源于前部来流区进
4、专利cn202210767631.0和cn201711225205.x分别公开了一种自引气式的煤油预燃式等离子体射流点火器和一种基于自引气的航空发动机等离子体射流点火器，两种点火器都能有效解决滑动弧点火器工作时所需的载气，但是二者内部气流旋流度方面还存在不足，旋流度的增加在一定程度上能增强气流与滑动弧的对流换热，降低烧蚀，且提高滑动弧射流与可燃物的接触时间和接触面积。
5、因此一种适用于航空发动机燃烧室的自引气、低阻塞比、高旋流度、轻烧蚀、高寿命的滑动弧激励器成为相关领域迫切的需要。
技术实现思路
1、为达到上述目的，本专利技术提供一种基于内外涵压力差自引气的高旋流度滑动弧激励器，以下简称为“激励器”，包括激励器外壳101、引气孔102、射流圆孔104、阴极内芯201、一级旋流孔202、二级旋流孔203、阴极通道206、收敛段207、第一定位台阶208、第二定位台阶209、第三定位台阶210、第四定位台阶211、第一绝缘体301、第二绝缘体302、阳极柱401、阳极柱定位圆环402、阳极柱螺帽403、三级旋流叶片501；其中
2、激励器外壳101为中空圆柱体，尾部开放，头部具有端面，在端面中心开射流圆孔104；激励器外壳101尾部内壁加工阴极内芯安装螺纹103；激励器外壳101尾端外壁加工燃烧室安装螺纹105；
3、在激励器外壳101略靠近头部处，在壁面自外而内打垂直通孔，即为引气孔102；
4、阴极内芯201外壁与激励器外壳101内壁之间沿圆周方向留有间隙，用作进气通道；阴极内芯201为中空圆柱体，尾部开放；阴极内芯201外壁为圆柱体形状；阴极内芯201分为四段：①阴极通道206，②旋流段，即收敛段207至第二定位台阶209前沿，③密封段，即第二定位台阶209至第四定位台阶211，以及④螺纹段，即第四定位台阶211后沿至阴极内芯201尾端；
5、第二定位台阶209、第三定位台阶210以及第四定位台阶211是在阴极内芯201上加工形成的定位台阶；第二定位台阶209、第三定位台阶210以及四定位台阶211为旋转对称结构；第二定位台阶209位于一级旋流孔202之后，第三定位台阶210位于第二定位台阶209后端之后；
6、阴极内芯201头部中心处沿激励器轴线方向向内打通孔，形成阴极通道206；收敛段207为空心圆台形状，上底接阴极通道206尾端，二者顺滑连接；旋流段中包含的收敛段207尾端至第二定位台阶209处为旋流段中空圆柱体，其内径与收敛段207下底内径相等；第二定位台阶209紧邻旋流段中空圆柱体，其在第二定位台阶209之后形成内壁凹进的凹陷圆环；凹陷圆环后沿形成第三定位台阶210，第三定位台阶210在其后形成一个密封段中空圆柱体，该圆柱体内径小于旋流段中空圆柱体内径；密封段中空圆柱体后沿形成第四定位台阶211，第四定位台阶211后沿向后延伸，形成螺纹段，螺纹段为中空圆柱体；螺纹段内侧底端附近设置第一定位台阶208，用于限位第一绝缘体301；第一定位台阶208距离螺纹段底端保持一定间距；螺纹段外侧底端处根据需要形成两处外螺纹，螺纹段第一外螺纹204和螺纹段第二外螺纹205，两处外螺纹保持一定间距；
7、阴极内芯201外壁面周向均匀设置一级旋流孔202，一级旋流孔202位于第二定位台阶209前，与阴极内芯201头部端面保持距离；一级旋流孔202为自外向内倾斜一定角度打通孔穿透阴极内芯201内外壁面；
8、阴极内芯201外壁面周向均匀设置二级旋流孔203，二级旋流孔203位于一级旋流孔202前端，与阴极内芯201头部端面保持距离；二级旋流孔203为自外向内倾斜一定角度打通孔穿透阴极内芯201内外壁面；
9、第一绝缘体301是一个空心圆柱体；第一绝缘体301前端与第四定位台阶211接触，尾端与第一定位台阶208接触，被卡在第四定位台阶211与第一定位台阶208之间；
10、第二绝缘体302内腔为圆柱体形状；第二绝缘体302外壁包括上壁、中壁、下壁三部分：上壁为圆柱体形状；中壁为圆柱体形状，中壁直径大于上壁直径；下壁为圆柱体形状，外径与上壁外径尺寸一致；第二绝缘体302中壁前端定位于第二定位台阶209处；第二绝缘体302中壁后端定位于第三定位台阶210处；
11、阳极柱401是实心圆柱体金属电极，头部呈现为圆形平面，尾部外壁加工外螺纹；阳极柱定位圆环402是自阳极柱401外壁面向外凸出的圆环形凸台，阳极柱定位圆环402与阳极柱401为一体部件；阳极柱定位圆环402和第二绝缘体302前端面紧密接触；阳极柱螺帽403借助于其内置螺纹与阳极柱401外螺纹连接；
12、三级旋流叶片501位于距离收敛段207尾端附近；三级旋流叶片501由中空圆柱体和固定于其外的多个沿径向均匀分布的扇形叶片构成；三级旋流叶片501中空圆柱体内径与阳极柱401圆形头部外径相等，三级旋流叶片501通过中空圆柱体紧固安装于阳极柱401的外径上。
13、在本专利技术的一个实施例中，激励器外壳101长度为140～16本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于内外涵压力差自引气的高旋流度滑动弧激励器，以下简称为“激励器”，其特征在于，包括激励器外壳(101)、引气孔(102)、射流圆孔(104)、阴极内芯(201)、一级旋流孔(202)、二级旋流孔(203)、阴极通道(206)、收敛段(207)、第一定位台阶(208)、第二定位台阶(209)、第三定位台阶(210)、第四定位台阶(211)、第一绝缘体(301)、第二绝缘体(302)、阳极柱(401)、阳极柱定位圆环(402)、阳极柱螺帽(403)、三级旋流叶片(501)；其中
2.如权利要求1所述的基于内外涵压力差自引气的高旋流度滑动弧激励器，其特征在于，激励器外壳(101)长度为140～160mm；射流圆孔(104)直径为6～10mm；激励器外壳(101)外径为22～28mm，壁厚1～5mm；
3.如权利要求2所述的基于内外涵压力差自引气的高旋流度滑动弧激励器，其特征在于，激励器外壳(101)由高温合金3536加工而成，长度150mm；射流圆孔(104)直径8mm；激励器外壳(101)外径26mm；壁厚2mm；
4.如权利要求1所述的
5.如权利要求4所述的基于内外涵压力差自引气的高旋流度滑动弧激励器，其特征在于，
6.如权利要求1所述的基于内外涵压力差自引气的高旋流度滑动弧激励器，其特征在于，第一绝缘体(301)长60～70mm，壁厚厚度1～3mm，外径12～19mm；
7.如权利要求6所述的基于内外涵压力差自引气的高旋流度滑动弧激励器，其特征在于，第一绝缘体(301)由三氧化二铝的陶瓷加工而成，长65mm，壁厚厚度2mm，外径16mm；
8.如权利要求1所述的基于内外涵压力差自引气的高旋流度滑动弧激励器，其特征在于，阳极柱(401)头部圆形平面直径为4～6mm；阳极柱(401)内径为3～5mm，长90～110mm；阳极柱定位圆环(402)长1～3mm，直径为7～9mm；阳极柱螺帽(403)长8～10mm，直径7～9mm；
9.如权利要求8所述的基于内外涵压力差自引气的高旋流度滑动弧激励器，其特征在于，阳极柱(401)由高温合金3536加工而成；头部圆形平面直径为5mm；阳极柱(401)内径为4mm；长100mm；阳极柱定位圆环(402)长2mm，直径为8mm；阳极柱螺帽(403)长9mm，直径为8mm；
10.如权利要求1所述的基于内外涵压力差自引气的高旋流度滑动弧激励器，其特征在于，激励器工作过程如下：激励电源高压端通过点火电缆将高电压经阳极柱螺帽(403)传递至阳极柱(401)；激励电源低压端、激励器外壳(101)、阴极内芯(201)接地；通电后，阳极柱(401)电势不断升高，电势增大到一定值时，空气在阳极柱(401)前端面在与阴极内芯(201)间距最小处被击穿形成滑动弧；燃烧室外涵道空气在引气孔(102)处的压力值大于射流圆孔(104)处燃烧室内涵道的压力值，因此燃烧室外涵道空气在压力的作用下从引气孔(102)进入激励器，进入激励器的气体从激励器外壳(101)和阴极内芯(201)间隙向一级旋流孔(202)和二级旋流孔(203)流动；随后空气从一级旋流孔(202)和二级旋流孔(203)进入阴极内芯(201)，并在压力的驱动下不断涌向阴极通道(206)，最终从射流圆孔(104)喷出；外部气流经过一级旋流孔(202)、二级旋流孔(203)和三级旋流叶片(501)后既有轴向速度又具备周向速度，周向速度使滑动弧在阴极通道(206)内旋转滑动而轴向速度使滑动弧向轴向滑出阴极通道(206)，最终形成滑动弧激励。
...【技术特征摘要】
1.一种基于内外涵压力差自引气的高旋流度滑动弧激励器，以下简称为“激励器”，其特征在于，包括激励器外壳(101)、引气孔(102)、射流圆孔(104)、阴极内芯(201)、一级旋流孔(202)、二级旋流孔(203)、阴极通道(206)、收敛段(207)、第一定位台阶(208)、第二定位台阶(209)、第三定位台阶(210)、第四定位台阶(211)、第一绝缘体(301)、第二绝缘体(302)、阳极柱(401)、阳极柱定位圆环(402)、阳极柱螺帽(403)、三级旋流叶片(501)；其中
2.如权利要求1所述的基于内外涵压力差自引气的高旋流度滑动弧激励器，其特征在于，激励器外壳(101)长度为140～160mm；射流圆孔(104)直径为6～10mm；激励器外壳(101)外径为22～28mm，壁厚1～5mm；
3.如权利要求2所述的基于内外涵压力差自引气的高旋流度滑动弧激励器，其特征在于，激励器外壳(101)由高温合金3536加工而成，长度150mm；射流圆孔(104)直径8mm；激励器外壳(101)外径26mm；壁厚2mm；
4.如权利要求1所述的基于内外涵压力差自引气的高旋流度滑动弧激励器，其特征在于，
5.如权利要求4所述的基于内外涵压力差自引气的高旋流度滑动弧激励器，其特征在于，
6.如权利要求1所述的基于内外涵压力差自引气的高旋流度滑动弧激励器，其特征在于，第一绝缘体(301)长60～70mm，壁厚厚度1～3mm，外径12～19mm；
7.如权利要求6所述的基于内外涵压力差自引气的高旋流度滑动弧激励器，其特征在于，第一绝缘体(301)由三氧化二铝的陶瓷加工而成，长65mm，壁厚厚度2mm，外径16mm；
8.如权利要求1所述的基于内外涵压力差自引气的高旋流...
【专利技术属性】
技术研发人员：张志波，宋慧敏，贾敏，吴云，崔巍，程信尧，何旭，
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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