CN108684130A - 一种程控阵列式等离子体射流激励器系统 - Google Patents

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Abstract

一种程控阵列式等离子体射流激励器系统，涉及一种等离子体射流系统，包括直流电源、程控高压脉冲电源、驱动板、变压器、马克思发生器、等离子体射流激励器。直流电源输出直流电给驱动板，经过调制转换为高频脉冲信号，脉冲信号通过变压器，转换为高频的脉冲高压；脉冲高压经高压二极管整流为高压直流电，并输入到马克思发生器；马克思发生器各级电容通过电阻分别连接等离子体射流激励器的阴极、阳极；程控高压脉冲电源输出端正极连接其中一个设有触发电极的等离子体射流激励器的触发电极，程控高压脉冲电源输出端负极连接该设有触发电极的等离子体射流激励器的阴极。本发明突出优点是可方便地通过程控信号实时调节等离子体射流阵列的激发频率；可激励多个等离子体射流激励器，同时产生多个等离子体射流，实际应用于飞行器时可有效减小系统重量、体积和能耗。

Description

一种程控阵列式等离子体射流激励器系统
技术领域
本发明涉及一种射流激励器系统，尤其是涉及一种可程序控制的大气环境下高压脉冲火花放电产生多个射流的阵列式等离子体射流激励器系统。
背景技术
流动控制分为主动流动控制和被动流动控制。主动流动控制是在飞行器流场中直接施加适当的扰动模式并与流动的内在模式相耦合来实现对流动的控制。主动流动控制的优势在于它能在需要的时间和部位出现，通过局部能量输入，获得局部或全局的有效流动改变，进而使飞行器飞行性能显著改善。而被动流动控制技术，如机翼上的涡流发生器、翼刀等，是预先确定的，当流场实际情况偏离设计状态时，就无法达到最佳控制效果。
目前，等离子体主动流动控制技术正成为流动控制领域中的研究热点。其激励器放电形式主要有沿面介质阻挡放电、电弧放电和火花放电。火花放电等离子体合成射流激励器是一种新的基于等离子体气动发生的主动流动控制装置，适量的能量消耗即可获得高速射流，其产生的射流局部最大瞬时速度高达上百米每秒，对于高速来流流动尤其是超音速来流具有良好的主动控制效果。
火花放电等离子体射流激励器工作原理是通过给激励器的阴极和阳极加载脉冲高压进行激励，从而产生射流。一台单通道高压电源只能带一个激励器工作，形成一个射流。在飞行器流动控制中，单个激励器一般无法达到预期的控制效果，需要布置多个激励器，并相应地配备多台单通道高压电源。这将减小飞行器的有效载荷，增加能耗。
申请号为CN201610625727.8公开了一种基于Marx发生器的等离子体合成射流串联放电装置，直流源负极接地，直流源正极与充电电阻一端连，充电电阻另一端连多个充电二极管正极，多个充电二极管负极连多个充电电容一端，多个充电电容另一端与多个放电二极管正极连，多个等离子体合成射流激励器并联在充电二极管负极和放电二极管负极上，两个放电二极管间设一放电电阻，放电二极管负极接地，等离子体合成射流激励器地电极接地，负载两端并联在第一个放电二极管正极和最后一个放电二极管负极上。其发明的有益效果是多个等离子体合成射流激励器串联同步放电的同时，在负载两端形成多路叠加脉冲，可在高速流场控制领域实现多角度、大范围的流动控制，同时可作高压放电实验研究。但是该发明的激励频率与电路中元件参数设置有关，需要调节电路参数来改变放电频率，无法实现程序控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种程控阵列式等离子体射流激励器系统，一套系统可同时激励多个火花放电等离子体激励器，产生射流，应用于飞行器时可尽可能地减少系统重量，并减小能耗；且利用程控触发信号，可快速调节激励频率。
本发明所述的一种程控阵列式等离子体射流激励器系统，包括直流电源、程控高压脉冲电源、驱动板、变压器、马克思发生器、等离子体射流激励器，直流电源输出直流电给驱动板，经过调制转换为高频脉冲信号；脉冲信号通过变压器，转换为高频的脉冲高压；脉冲高压经高压二极管整流为高压直流电，并输入到马克思发生器；马克思发生器各级电容通过电阻分别连接等离子体射流激励器的阴极、阳极；程控高压脉冲电源输出端正极连接其中一个设有触发电极的等离子体射流激励器的触发电极，程控高压脉冲电源输出端负极连接该设有触发电极的等离子体射流激励器的阴极。
本发明的工作原理是：直流电源输出直流电压给驱动板，调制转换为高频的脉冲信号；脉冲信号通过变压器，转为高频的脉冲高压；脉冲高压通过高压二极管后转换为高压直流电；高压直流电给马克思发生器各级电容充电至一定电压U0，此时等离子体射流激励器的阴极、阳极之间电压也同时到达U0；事先调节好各等离子体射流激励器阴极、阳极的距离，使其自击穿电压稍大于U0，以保证在充电过程中它们不会自击穿；当程控高压脉冲电源输出脉冲高压触发其所连接的等离子体射流激励器击穿时，将使得该等离子体射流激励器产生等离子体射流；而后，其它等离子体射流激励器的阴极和阳极也会依次快速击穿，几乎同时产生等离子体射流，用于主动流动控制。通过调节程控高压脉冲电源输出高压脉冲信号的频率，可以快速的改变等离子体射流激励器阵列激发频率，便于主动流动控制的实际应用。
本发明的突出优点是：
(1)可方便地通过程控信号实时调节等离子体射流阵列的激发频率；
(2)可激励多个等离子体射流激励器，同时产生多个等离子体射流，实际应用于飞行器时可有效减小系统重量、体积和能耗；
(3)通过改变直流电源的电压幅值调整射流强度；
(4)所形成的射流能量非常集中，发散小，且流速较高，易形成冲击作用；无需外加气源、管路和机械部件系统等；
(5)组成结构简单、体积小、轻巧、制作方便，可靠性高、使用维护方便；
(6)可以在大气压下工作，无需外加气源和空气压缩机装置。
该装置的射流应用场合广泛，特别是在局部小范围内的应用更能体现其优势，例如可以应用于飞行器主动流动控制、飞行控制、航天飞行器推进；也可以应用于微小物体清洁，精密机械零件表面除尘，局部冷却等等。使用时将该装置安装在需要流动控制的部位，并使其射流方向有利于主动流动控制。
附图说明
图1为程控阵列式等离子体射流激励器系统结构图。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图对本发明做详细说明，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例
参见图1，本实施例中的程控阵列式等离子体射流激励器系统由直流电源1、驱动板2、变压器3、高压二极管4、三级马克思发生器5、等离子体射流激励器阳极6、等离子体射流激励器阴极7、等离子体射流激励器8、等离子体射流激励器阳极9、等离子体射流激励器阴极10、等离子体射流激励器11、等离子体射流激励器阳极12、等离子体射流激励器阴极13、等离子体射流激励器14、等离子体射流激励器阳极15、等离子体射流激励器阴极16、等离子体射流激励器17、等离子体射流激励器触发电极18及程控高压脉冲电源19组成。
直流电源1输出12V直流电给驱动板2，调制转换为高频的脉冲信号；脉冲信号通过变压器3，转为高频的脉冲高压；脉冲高压通过高压二极管4后转换为高压直流电；高压直流电再给马克思发生器5各级电容充电至1.2kV，此时等离子体合成射流激励器的阴极、阳极之间电压也同时到达1.2kV；事先调节好各等离子体合成射流激励器阴极、阳极的距离，使其自击穿电压稍大于1.2kV，以保证在充电过程中它们不会自击穿；当程控高压脉冲电源19输出频率为100Hz、幅值为0.5kV的脉冲高压，将触发其所连接的等离子体射流激励器17的阴极15与阳极16击穿，于是等离子体射流激励器17产生等离子体射流J1；而后，等离子体射流激励器14的阴极12和阳极13、等离子体射流激励器11的阴极9和阳极10、等离子体射流激励器8的阴极6和阳极7依次快速击穿，几乎同时分别产生等离子体射流J2、J3及J4，用于主动流动控制。通过调节程控高压脉冲电源19输出高压脉冲信号的频率，可以快速的改变等离子体射流激励器阵列激发频率，便于主动流动控制的实际应用。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种程控阵列式等离子体射流激励器系统，特征在于，包括直流电源、程控高压脉冲电源、驱动板、变压器、马克思发生器、等离子体射流激励器，直流电源输出直流电给驱动板，经过调制转换为高频脉冲信号；脉冲信号通过变压器，转换为高频的脉冲高压；脉冲高压经高压二极管整流为高压直流电，并输入到马克思发生器；马克思发生器各级电容通过电阻分别连接等离子体射流激励器的阴极、阳极；程控高压脉冲电源输出端正极连接其中一个设有触发电极的等离子体射流激励器的触发电极，程控高压脉冲电源输出端负极连接该设有触发电极的等离子体射流激励器的阴极。
2.根据权利要求1所述的程控阵列式等离子体射流激励器系统，其特征在于，所述直流电源输出直流电给驱动板。
3.根据权利要求1所述的程控阵列式等离子体射流激励器系统，其特征在于，所述高压直流电给马克思发生器各级电容充电至一高压U0，此时等离子体射流激励器的阴极、阳极之间电压也同时到达U0；并且通过预先调节好各等离子体射流激励器阴极、阳极的距离，使其自击穿电压稍大于U0，以使得在充电过程中它们不会自击穿。
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