CN102797590A - 一种基于等离子体激励的进气道附面层分离抑制方法 - Google Patents

一种基于等离子体激励的进气道附面层分离抑制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102797590A
CN102797590A CN2012102693759A CN201210269375A CN102797590A CN 102797590 A CN102797590 A CN 102797590A CN 2012102693759 A CN2012102693759 A CN 2012102693759A CN 201210269375 A CN201210269375 A CN 201210269375A CN 102797590 A CN102797590 A CN 102797590A
Authority
CN
China
Prior art keywords
plasma
radial passage
boundary layer
electrode
intake duct
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012102693759A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102797590B (zh
Inventor
唐井峰
于达仁
鲍文
李西鹏
刘鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201210269375.9A priority Critical patent/CN102797590B/zh
Publication of CN102797590A publication Critical patent/CN102797590A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102797590B publication Critical patent/CN102797590B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

一种基于等离子体激励的进气道附面层分离抑制方法，它涉及一种用于抑制超燃冲压发动机进气道附面层分离，提高进气道性能的方法，以解决非设计马赫数下飞行时进气道进口处产生附面层分离的问题。方法：一、第一径向通道、第二径向通道、第三径向通道和水平通孔的内表面均镀有陶瓷膜；二、水平孔的输入端与等离子体发生装置上的出口连接；三、两个外侧电极设置在锥面的表面上，两个内侧电极镶嵌在锥面内；四、等离子体发生装置产生的等离子体在进口处喷射产生射流型的等离子体；五、等离子在外侧电极和内侧电极的电场作用下加速喷射，加速了附面层的气流流动，抑制了附面层的分离。本发明用于抑制超燃冲压发动机进气道内附面层的分离。

Description

一种基于等离子体激励的进气道附面层分离抑制方法
技术领域
本发明涉及一种用于抑制超燃冲压发动机进气道附面层分离，提高进气道性能的方法。
背景技术
高超声速进气道是超燃冲压发动机的重要部件，其性能的好坏直接影响发动机整体性能和运行可靠性。超燃冲压发动机在马赫数范围内运行，进气道性能变化剧烈：设计马赫数时进气道性能为最优；低于设计马赫数时，进气道锥面的附面层气流易发生分离，引起进气道的总压恢复系数下降和流量捕获系数降低；高于设计马赫数时会出现进气道内压缩段的附面层分离，引起总压恢复系数降低等。因此，如何抑制进气道附面层的分离，是设计超燃冲压发动机进气道的关键。
实现等离子体控制附面层，有效地产生等离子体并施加激励作用是关键。目前国内外用于流动控制的等离子体通常采用表面介质阻挡放电方式(DBD)，利用正弦电场激励产生等离子体，并将等离子体进行加速，来实现控制附面层的效果。DBD放电模式下，等离子体产生区与作用区在空间上是叠加在一起，受限于材料击穿和耐温边界，外加电场强度不能太高(小于30kV/cm)，离子浓度低(107-108/cm3)，属于弱电离放电，等离子体传输的动量有限，阻碍其在实际工程中的应用。为此，必须从根本上解决等离子体的工作模式，将等离子体的有效产生和高效作用分开来对待，进而提高等离子体控制附面层的性能，这也是等离子体流动控制领域急待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为提供一种基于等离子体激励的进气道附面层分离抑制方法，以解决非设计马赫数下飞行时进气道进口处产生附面层分离的问题。
本发明的方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、在发动机进气道的壁厚中加工一与发动机进气道的中心线平行的水平孔，在发动机进气道的进口处的锥面上由进口向出口方向依次加工三个与水平孔垂直且相通的径向通道，分别为第一径向通道、第二径向通道和第三径向通道，第一径向通道、第二径向通道、第三径向通道和水平通孔的内表面均镀有陶瓷膜；
步骤二、等离子体发生装置设置在水平孔内，且水平孔的输入端与等离子体发生装置上的出口连接；
步骤三、两个外侧电极设置在锥面的表面上，且其中一个外侧电极位于第一径向通道的前端、另一个外侧电极位于第二径向通道与第三径向通道之间，两个内侧电极镶嵌在锥面内，且其中一个内侧电极位于第三径向通道的后端、另一个内侧电极位于第一径向通道与第二径向通道之间，锥面的表面上喷涂有一层绝缘薄膜，外侧电极和内侧电极分别置于这层绝缘薄膜的两侧；
步骤四、等离子体发生装置在高电压高频率电源激励作用下产生的等离子体由第一径向通道、第二径向通道和第三径向通道注入到发动机进气道的进口处，并在进口处喷射产生射流型的等离子体，等离子体电源的电压为5000V～10000V，频率为30000Hz～50000Hz，产生等离子体的工作介质为氩气；
步骤五、产生的等离子射流在外侧电极和内侧电极的电场作用下加速，外侧电极与内侧电极之间的电压为1000V～5000V，加速的等离子体与发动机进气道内的中性气体分子碰撞，加速了附面层内的气流流动，实现附面层的分离包的吹脱，抑制了附面层的分离。
本发明的优点是：
一、本发明在进气道进口处增加了镀有陶瓷膜的径向通道，通过水平孔1-4将等离子体导入径向通道内；利用了等离子体在电场作用下的加速作用加速进气道进口处附面层内气体的流动，抑制了附面层的分离，减小了附面层的总压损失和流动损失，从而提高了超燃冲压发动机进气道的性能。二、等离子体产生装置远离进气道，其产生的等离子体经陶瓷管注入到进气道中参与作用。这实现了等离子体的产生与作用空域的分离，既有利于等离子体的产生，也有利于分离抑制作用区内电场的布置。三、本发明整个过程由计算机控制，响应迅速，适应来流为高超声速的环境。
附图说明
图1是本发明的具体实施方式一的结构示意图，图2是本发明的具体实施方式一中的步骤二里的等离子体发生装置4的结构示意图(图中标记7为高电压高频率电源、标记6为高强度石英管、标记8为堵塞、标记5为不锈钢管)。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现的：
步骤一、在发动机进气道1的壁厚中加工一与发动机进气道的中心线N-N平行的水平孔1-4，在发动机进气道1的进口处的锥面A上由进口向出口方向依次加工三个与水平孔1-4垂直且相通的径向通道，分别为第一径向通道1-1、第二径向通道1-2和第三径向通道1-3，第一径向通道1-1、第二径向通道1-2、第三径向通道1-3和水平通孔1-4的内表面均镀有陶瓷膜；
步骤二、等离子体发生装置4设置在水平孔1-4内，且水平孔1-4的输入端与等离子体发生装置4上的出口4-1连接；
步骤三、两个外侧电极2设置在锥面A的表面上，且其中一个外侧电极2位于第一径向通道1-1的前端、另一个外侧电极2位于第二径向通道1-2与第三径向通道1-3之间，两个内侧电极3镶嵌在锥面A内，且其中一个内侧电极3位于第三径向通道1-3的后端、另一个内侧电极3位于第一径向通道1-1与第二径向通道1-2之间，锥面A的表面上喷涂有一层绝缘薄膜，外侧电极2和内侧电极3分别置于这层绝缘薄膜的两侧；
步骤四、等离子体发生装置4在高电压高频率电源激励作用下产生的等离子体由第一径向通道1-1、第二径向通道1-2和第三径向通道1-3注入到发动机进气道1的进口M处，并在进口M处喷射产生射流型的等离子体，等离子体电源的电压为5000V～10000V，频率为30000Hz～50000Hz，产生等离子体的工作介质为氩气；
步骤五、产生的等离子射流在外侧电极2和内侧电极3的电场作用下加速，外侧电极2与内侧电极3之间的电压为1000V～5000V，外侧电极2和内侧电极3的电压根据进气道测控系统测量的进气道实际工作状态进行调整，加速的等离子体与发动机进气道1内的中性气体分子碰撞，加速了附面层内的气流流动，实现附面层的分离包的吹脱，抑制了附面层的分离。等离子体发生装置4为现有技术。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤一中的第一径向通道1-1、第二径向通道1-2、第三径向通道1-3和水平通孔1-4的内表面的陶瓷膜厚度为0.1mm～0.2mm。陶瓷膜实现了等离子体与进气道金属结构体的绝缘作用，且陶瓷膜在等离子体的碰撞下能产生二次电子发射，有利于等离子体在通道中的稳定传播。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤一中的第一径向通道1-1、第二径向通道1-2、第三径向通道1-3和水平通孔1-4的内表面的陶瓷膜厚度为0.15mm。陶瓷膜实现了等离子体与进气道金属结构体的绝缘作用，且陶瓷膜在等离子体的碰撞下能产生二次电子发射，有利于等离子体在通道中的稳定传播。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤四中的等离子体电源的电压为8000V。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤四中的等离子体电源的频率为48000Hz。其它步骤与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤五中的外侧电极2与内侧电极3之间的电压为2000V。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤五中的外侧电极2与内侧电极3之间的电压为3000V。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤五中的外侧电极2与内侧电极3之间的电压为4000V。其它步骤与具体实施方式一相同。

Claims (8)

1.一种基于等离子体激励的进气道附面层分离抑制方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、在发动机进气道(1)的壁厚中加工一与发动机进气道的中心线(N-N)平行的水平孔(1-4)，在发动机进气道(1)的进口处的锥面(A)上由进口向出口方向依次加工三个与水平孔(1-4)垂直且相通的径向通道，分别为第一径向通道(1-1)、第二径向通道(1-2)和第三径向通道(1-3)，第一径向通道(1-1)、第二径向通道(1-2)、第三径向通道(1-3)和水平通孔(1-4)的内表面均镀有陶瓷膜；
步骤二、等离子体发生装置(4)设置在水平孔(1-4)内，且水平孔(1-4)的输入端与等离子体发生装置(4)上的出口(4-1)连接；
步骤三、两个外侧电极(2)设置在锥面(A)的表面上，且其中一个外侧电极(2)位于第一径向通道(1-1)的前端、另一个外侧电极(2)位于第二径向通道(1-2)与第三径向通道(1-3)之间，两个内侧电极(3)镶嵌在锥面(A)内，且其中一个内侧电极(3)位于第三径向通道(1-3)的后端、另一个内侧电极(3)位于第一径向通道(1-1)与第二径向通道(1-2)之间，锥面(A)的表面上喷涂有一层绝缘薄膜，外侧电极(2)和内侧电极(3)分别置于这层绝缘薄膜的两侧；
步骤四、等离子体发生装置(4)在高电压高频率电源激励作用下产生的等离子体由第一径向通道(1-1)、第二径向通道(1-2)和第三径向通道(1-3)注入到发动机进气道(1)的进口(M)处，并在进口(M)处喷射产生射流型的等离子体，等离子体电源的电压为5000V～10000V，频率为30000Hz～50000Hz，产生等离子体的工作介质为氩气；
步骤五、产生的等离子射流在外侧电极(2)和内侧电极(3)的电场作用下加速，外侧电极(2)与内侧电极(3)之间的电压为1000V～5000V，加速的等离子体与发动机进气道(1)内的中性气体分子碰撞，加速了附面层内的气流流动，实现附面层的分离包的吹脱，抑制了附面层的分离。
2.根据权利要求1所述一种基于等离子体激励的进气道附面层分离抑制方法，其特征在于：步骤一中的第一径向通道(1-1)、第二径向通道(1-2)、第三径向通道(1-3)和水平通孔(1-4)的内表面的陶瓷膜厚度为0.1mm～0.2mm。
3.根据权利要求2所述一种基于等离子体激励的进气道附面层分离抑制方法，其特征在于：步骤一中的第一径向通道(1-1)、第二径向通道(1-2)、第三径向通道(1-3)和水平通孔(1-4)的内表面的陶瓷膜厚度为0.15mm。
4.根据权利要求1或2所述一种基于等离子体激励的进气道附面层分离抑制方法，其特征在于：步骤四中的等离子体电源的电压为8000V。
5.根据权利要求4所述一种基于等离子体激励的进气道附面层分离抑制方法，其特征在于：步骤四中的等离子体电源的频率为48000Hz。
6.根据权利要求1所述一种基于等离子体激励的进气道附面层分离抑制方法，其特征在于：步骤五中的外侧电极(2)与内侧电极(3)之间的电压为2000V。
7.根据权利要求1所述一种基于等离子体激励的进气道附面层分离抑制方法，其特征在于：步骤五中的外侧电极(2)与内侧电极(3)之间的电压为3000V。
8.根据权利要求1所述一种基于等离子体激励的进气道附面层分离抑制方法，其特征在于：步骤五中的外侧电极(2)与内侧电极(3)之间的电压为4000V。
CN201210269375.9A 2012-07-31 2012-07-31 一种基于等离子体激励的进气道附面层分离抑制方法 Expired - Fee Related CN102797590B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210269375.9A CN102797590B (zh) 2012-07-31 2012-07-31 一种基于等离子体激励的进气道附面层分离抑制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210269375.9A CN102797590B (zh) 2012-07-31 2012-07-31 一种基于等离子体激励的进气道附面层分离抑制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102797590A true CN102797590A (zh) 2012-11-28
CN102797590B CN102797590B (zh) 2014-12-17

Family

ID=47196847

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210269375.9A Expired - Fee Related CN102797590B (zh) 2012-07-31 2012-07-31 一种基于等离子体激励的进气道附面层分离抑制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102797590B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103216317A (zh) * 2013-04-16 2013-07-24 哈尔滨工业大学 组合等离子体激励下的超声速燃烧方法
CN103231796A (zh) * 2013-04-22 2013-08-07 哈尔滨工业大学 一种基于等离子体激励的机翼附面层分离抑制方法
CN109184951A (zh) * 2018-08-10 2019-01-11 西安理工大学 隔离段横向支板磁控放电装置及其对隔离段流动控制方法
CN110450942A (zh) * 2019-06-27 2019-11-15 南京航空航天大学 一种用于机身减阻及延缓气流分离的涡流发生器
CN110985208A (zh) * 2019-12-16 2020-04-10 南京航空航天大学 一种基于等离子体涡流发生器内转式进气道组件及控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5442910A (en) * 1994-03-21 1995-08-22 Thermacore, Inc. Reaction motor structure and method of construction
US20100089031A1 (en) * 2008-10-10 2010-04-15 Lockheed Martin Corporation System, method and apparatus for vectoring nozzle exhaust plume with external actuation
CN101949550A (zh) * 2010-09-30 2011-01-19 哈尔滨工业大学 基于射流等离子体活化的超声速稳定燃烧方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5442910A (en) * 1994-03-21 1995-08-22 Thermacore, Inc. Reaction motor structure and method of construction
US20100089031A1 (en) * 2008-10-10 2010-04-15 Lockheed Martin Corporation System, method and apparatus for vectoring nozzle exhaust plume with external actuation
CN101949550A (zh) * 2010-09-30 2011-01-19 哈尔滨工业大学 基于射流等离子体活化的超声速稳定燃烧方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103216317A (zh) * 2013-04-16 2013-07-24 哈尔滨工业大学 组合等离子体激励下的超声速燃烧方法
CN103231796A (zh) * 2013-04-22 2013-08-07 哈尔滨工业大学 一种基于等离子体激励的机翼附面层分离抑制方法
CN109184951A (zh) * 2018-08-10 2019-01-11 西安理工大学 隔离段横向支板磁控放电装置及其对隔离段流动控制方法
CN109184951B (zh) * 2018-08-10 2019-06-18 西安理工大学 隔离段横向支板磁控放电装置及其对隔离段流动控制方法
CN110450942A (zh) * 2019-06-27 2019-11-15 南京航空航天大学 一种用于机身减阻及延缓气流分离的涡流发生器
CN110985208A (zh) * 2019-12-16 2020-04-10 南京航空航天大学 一种基于等离子体涡流发生器内转式进气道组件及控制方法
CN110985208B (zh) * 2019-12-16 2021-09-24 南京航空航天大学 一种基于等离子体涡流发生器内转式进气道组件及控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102797590B (zh) 2014-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102797590A (zh) 一种基于等离子体激励的进气道附面层分离抑制方法
CN101953235B (zh) 电介质阻挡放电泵装置和方法
US6570333B1 (en) Method for generating surface plasma
JP5197618B2 (ja) イオン移送装置及びその方法
EP2864998B1 (en) Improvements in and relating to the control of ions
JP4647472B2 (ja) 電磁誘導加速装置及びドライエッチング装置
CN103231796A (zh) 一种基于等离子体激励的机翼附面层分离抑制方法
WO2013109037A1 (ko) 다중 모드 플라즈마 발생 장치
CN110131072B (zh) 组合式等离子体流动控制装置及其调控进气道激波/附面层干扰流动分离的方法
JP2012525672A5 (zh)
JP2012084925A (ja) プラズマの機械的閉じ込めのための磁気による改善
CN102254774B (zh) 一种活性气体流的发生装置及其产生活性气体流的方法
CN101137442A (zh) 用于静电充电和分离难以分离的颗粒的方法和装置
CN103945628A (zh) 定向自旋等离子体激励器及定向自旋流动控制方法
WO2013019667A1 (en) Ion focusing in a hall effect thruster
CN105221319A (zh) 一种用于点火和辅助燃烧的滑动放电反应器
CN111665013A (zh) 一种磁流体加速高温超声速风洞试验装置
CN107645822A (zh) 一种基于表面磁控电弧放电的进气道激波控制装置及方法
JP2011142025A (ja) プラズマアクチュエータ
JPH10144499A (ja) 粒子加速器
CN103077879A (zh) 一种电喷雾扩散离子的聚焦装置及方法
CN109578233B (zh) 一种基于多阳极电极结构的烧蚀型脉冲等离子体推进器
CN102891071A (zh) 一种新型的常压等离子体自由基清洗喷枪
CN108539590A (zh) 分离式空气负离子发生装置
US6729850B2 (en) Applied plasma duct system

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20141217

Termination date: 20150731

EXPY Termination of patent right or utility model