[发明专利]多通道脉冲电弧等离子体流动控制装置及其促进边界层转捩的方法

说明书

提供一种多通道脉冲电弧等离子体流动控制电路系统，包括平板(1)，放电电极(2)，激励块(3)，高频脉冲电源(4)，以及在激励块上加工的用于固定电极的圆柱形垂直通孔(5)。还提供一种多通道脉冲电弧等离子体激励促进边界层转捩的方法。通过多通道脉冲电弧等离子体激励这个新思路，可以有效增加扰动区域大小，提高扰动频率，促进超声速边界层发生转捩。

技术领域

本发明涉及一种等离子体主动流动控制技术，具体涉及一种促进超声速边界层转捩的方法及相应的多通道脉冲电弧放电等离子体激励器。

背景技术

超声速边界层具有复杂的拟序结构，其边界层流动状态可分为层流和湍流两种类型，在摩擦阻力和热传导性能等方面存在巨大的差异。超声速边界层研究是航空航天领域中的重要研究内容，边界层转捩和分离位置的预测以及相关的流动控制研究在飞行器减阻、抑制流动分离和飞行器性能优化等方面都具有重要的工程意义。以超燃冲压发动机进气道为例，进气道和发动机内部都存在复杂的激波/附面层干扰问题，边界层受激波诱导的强逆压梯度发生分离，总压损失增加，气动效率下降，严重时造成进气道不起动现象，影响了发动机的气动性能。所以，流动分离现象能否抑制，直接关系到飞行器性能的好坏。研究表明，促进发动机入口边界层发展为湍流，可对激波/附面层干扰诱导的边界层分离产生一定抑制作用，可改善发动机内的流场品质，提升发动机性能。

为促进超声速边界层发生转捩，需要对边界层进行改性处理，传统的方法多以被动流动控制为主，如涡流发生器、表面粗糙元等。但具有一定的局限：一是流动的激励模式相对单一，仅对一些特定的流动状态有效，难以在宽工况条件下取得良好的控制效果；二是在高马赫数(Ma＞5)条件下，机械装置自身诱导的局部激波干扰会带来额外的气动阻力和表面热流，给飞行器的减阻、防热设计带来负担。新型的等离子主动流动控制技术以其频带宽、响应快、激励强度大、结构简单等优势克服了被动流动控制的缺点，可对超声速边界层施加非定常，宽频域的可控扰动，且不带来额外的气动阻力。

目前基于脉冲电弧放电等离子体激励的流动控制技术在促进边界层转捩上已取得了很大进展。但激励方式多以单通道激励为主，施加扰动区域小，脉冲间隔时间长，无法产生大面积持续扰动效果。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种多通道脉冲电弧等离子体流动控制装置，包括平板1，放电电极2，激励块3，以及在激励块上加工的用于固定电极的圆柱形垂直通孔5；其特征在于：

平板1一端为楔形，靠近楔形部的上表面开有与激励块3尺寸相同的长方形凹槽，用于实验时对激励块3进行固定；激励块3上加工有用于固定电极的圆柱形垂直通孔5，圆柱形垂直通孔5分为上下两级通孔，下部通孔直径大于上部通孔直径；垂直通孔5个数为偶数个，在激励块3上呈N×M阵列式排布，其中流向N个，展向M个，N为非零自然数，M为偶数，具体个数根据需要确定；平板1和激励块3均采用耐高温陶瓷材料制成；

放电电极2形状为圆柱形，直径略小于圆柱形垂直通孔5的上部通孔直径，便于放入；圆柱形垂直通孔5的下部通孔内放置有与下部通孔尺寸相适应的绝缘介质圆柱，放电电极2的下半部分穿过绝缘介质圆柱后，通过导线引出；将放电电极2安装进入圆柱形垂直通孔5的上部通孔内，装配后放电电极2的上表面与平板1上表面齐平；放电电极2的材料采用耐高温金属。

在本发明的一个实施例中，

圆柱形垂直通孔5的下部通孔直径为4mm～8mm；上部通孔直径为0.5mm～2mm；

展向相邻的圆柱形垂直通孔5的间距L均为3mm～6mm；

展向两个放电通道的展向间距L1为5mm～15mm；流向相邻的放电通道的流向间距L2为10mm～20mm；

放电电极2的材料采用铜、铁或钨；放电电极2直径为0.5mm～3mm。

在本发明的一个具体实施例中，