CN109496050A

CN109496050A - 一种分层等离子体产生装置

Info

Publication number: CN109496050A
Application number: CN201910003321.XA
Authority: CN
Inventors: 刘汝兵; 刘震; 周严东; 林麒; 梁子长; 许勇刚
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2019-01-03
Filing date: 2019-01-03
Publication date: 2019-03-19

Abstract

一种分层等离子体产生装置，涉及一种等离子体发生装置，包括：至少一层等离子体发生器以及电源模块，所述电源模块与至少一层所述等离子发生器电连接；所述等离子体发生器设置在飞行器模型外且相邻层的所述等离子体发生器交错贴合布置；在强电场作用下，充入所述等离子体发生器内的气体放电产生等离子体，所述电源模块用于通过调节输出参数改变所述等离子体发生器的工作状态，以使得等离子体的参数按规律分布。本发明采用外包覆式的分层设计，可通过改变电源的输出功率实时调节各层等离子体参数，实现预期的分布规律；采用模块化设计，便于使用维护。

Description

一种分层等离子体产生装置

技术领域

本发明涉及一种分层的状态可调节的等离子体产生装置，尤其是涉及一种分层等离子体产生装置。

背景技术

等离子体是不同于固体、液体和气体的物质第四态，它占了整个宇宙的99％。最常见的等离子体是高温电离气体，如太阳、电弧、闪电等。等离子体在冶炼、喷涂、焊接、催化、表面处理等方面具有广泛应用。

在航天飞船和返回式卫星返回地球，再入大气层的过程中，飞行器高速飞行，由于气动加热，周围气体被电离，使得飞行器外表面包裹一层等离子体。该等离子体层屏蔽了飞行器与外界的通讯信号，使得飞行器与外界的联系中断，地面观测站无法掌控飞行器的工作状态，俗称为“黑障”。这给飞行器的安全带来巨大挑战。为此，需要在地面产生类似的等离子体来研究其特性，以解决航天飞行器返回大气层时的通信问题。

发明内容

本发明旨在提供一种结构简单、电子密度可调节的分层等离子体产生装置，已解决现有技术中无法在地面模拟飞行器再入大气层时探测其表面不同状态等离子体的分布，从而无法解决航天飞行器返回大气层时通信的问题。

本发明提供一种分层等离子体产生装置，包括：至少一层等离子体发生器以及电源模块，所述电源模块与至少一层所述等离子发生器电连接；所述等离子体发生器设置在飞行器模型外且相邻层的所述等离子体发生器交错贴合布置；

在强电场作用下，充入所述等离子体发生器内的气体放电产生等离子体，所述电源模块用于通过调节输出参数改变所述等离子体发生器的工作状态，以使得等离子体的参数按规律分布。

进一步的，至少一层所述等离子体发生器，包括：

钝头体、第一层等离子体发生器、第二层等离子体发生器以及第N(N为大于1的整数)层等离子体发生器；

所述钝头体用于模拟飞行器的外形，所述第一层等离子体发生器位于飞行器的内层并与所述钝头体外表面贴合，所述第二层等离子体发生器位于飞行器的外层并与所述第一层等离子体发生器交错贴合，所述第N层等离子体发生器位于飞行器的外层并与所述第N-1层等离子体发生器交错贴合。

进一步的，所述电源模块，包括：

第一数控电源模块、第二数控电源模块以及第N数控电源模块；

所述第一数控电源模块与所述第一层等离子体发生器的两个电极电连接；

所述第二数控电源模块与所述第二层等离子体发生器的两个电极点连接；

所述第N数控电源模块与所述第N层等离子体发生器的两个电极点连接。

进一步的，所述等离子体发生器采用：

封闭式管状等离子体发生器。

进一步的，所述封闭式管状等离子体发生器内充入的气体包括：

惰性气体、汞蒸气、或惰性气体与汞蒸气的混合气体

进一步的，所述封闭式管状等离子体发生器的外形包括：

环形、直线形、弧形、或螺旋形。

进一步的，所述封闭式管状等离子体发生器的管体采用：

石英玻璃、普通玻璃、或玻璃钢材料制成。

上述等离子体发生器均采用密闭管内气体放电产生等离子体，放电气体可选但不限于惰性气体(如氩气、氦气、氖气等)、汞蒸气、或惰性气体与汞蒸气的混合气体等。上述等离子体发生器的外形可选但不限于环形、直线形、弧形，或螺旋形等。上述封闭式管状等离子体发生器的管体可选但不限于石英玻璃、普通玻璃、玻璃钢等透波材料制成。上述电源模块可定制或采购市售产品。

本发明基本工作原理是：根据等离子体参数与电参数之间的对应关系，当电源接通后，调节电源模块输出电参数，改变相连接的等离子体发生器的工作状态，从而改变发生器中等离子体参数，如电子密度和电子温度等，使得各层等离子体参数按特定规律分布，从而可模拟再入飞行器表面不同状态的等离子体分布。

本发明的有益效果如下：

本发明涉及一种分层等离子体产生装置，应用场合广泛，特别是在需要大面积大体积非均匀分布等离子体的应用场合更能体现其优势，例如可以应用于模拟飞行器再入大气层时头部表面等离子体分布状态。

本发明的突出优点是：

(1)采用闭式环状玻璃管充气放电产生等离子体，且管内等离子体不仅电子密度比较高，而且分布比较均匀；

(2)采用外包覆式的分层设计，可通过改变电源的输出功率实时调节各层等离子体参数，实现预期的分布规律；

(3)采用电参数控制，可根据需要开启和关闭等离子体发生器，便于操控；

(4)采用模块化设计，扩展性强，使用方便，维护成本低。

附图说明

图1为本发明实施例示意图。

具体实施方式

下面结合附图介绍本申请实施例中提供的一个具体的分层等离子体产生装置。

需要说明的是，等离子体发生器均采用密闭管内气体放电产生等离子体，放电气体可选但不限于惰性气体(如氩气、氦气、氖气等)、汞蒸气、或惰性气体与汞蒸气的混合气体等。上述等离子体发生器的外形可选但不限于环形、直线形、弧形，或螺旋形等。上述封闭式管状等离子体发生器的管体可选但不限于石英玻璃、普通玻璃、玻璃钢等透波材料制成。上述电源模块可定制或采购市售产品。

参见图1，本发明提供一种双层管等离子体发生器，包括：钝头体1、第一层螺旋形等离子体发生器2、第二层螺旋形等离子体发生器3、第一数控电源模块4和第二数控电源模块5。钝头体1呈锥形，用于模拟返回式飞行器的外形，其中，钝头体1可采用金属材料加工，例如：铝、钢等材料制成；第一层螺旋形等离子体发生器2位于内层，第一螺旋形等离子体发生器2与钝头体1外表面贴合；第二层螺旋形等离子体发生器3位于最外层，与第一层螺旋形等离子体发生器2交错贴合。其中，本申请中提供的等离子体发生器选用闭式低气压汞蒸气放电管，第一层螺旋形等离子体发生器2的两个电极与第一数控电源模块4电相连，第二层螺旋形等离子体发生器3的两个电极与第二数控电源模块5电相连。

当电路接通后，通过调节第一电控电源模块5的输出功率为30W，使得第二层螺旋形等离子体发生器3中等离子体电子密度约为10¹¹cm^-3；调节第二数控电源模块4的输出功率为40W，使得第一层螺旋形等离子体发生器2中等离子体电子密度约为10¹²cm^-3，这样，两层螺旋锥形等离子体发生器的电子密度呈梯度分布，可以在地面模拟飞行器再入大气层过程中的外表面等离子体分布状态。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种分层等离子体产生装置，其特征在于，包括：至少一层等离子体发生器以及电源模块，所述电源模块与至少一层所述等离子体发生器电连接；所述等离子体发生器设置在飞行器模型外且相邻层的所述等离子体发生器交错贴合布置；

2.根据权利要求1所述的一种分层等离子体产生装置，其特征在于，至少一层所述等离子体发生器，包括：

所述钝头体用于模拟飞行器的外形，所述第一层等离子体发生器位于内层并与所述钝头体外表面贴合，所述第二层等离子体发生器位于外层并与所述第一层等离子体发生器交错贴合，所述第N层等离子体发生器位于外层并与所述第N-1层等离子体发生器交错贴合。

3.根据权利要求1所述的一种分层等离子体产生装置，其特征在于，所述电源模块，包括：

4.根据权利要求1所述的一种分层等离子体产生装置，其特征在于，所述等离子体发生器采用：

封闭式管状等离子体发生器。

5.根据权利要求4所述的一种分层等离子体产生装置，其特征在于，所述封闭式管状等离子体发生器内充入的气体包括：

惰性气体、汞蒸气、或惰性气体与汞蒸气的混合气体。

6.根据权利要求4所述的一种分层等离子体产生装置，其特征在于，所述封闭式管状等离子体发生器的外形包括：

环形、直线形、弧形、或螺旋形。

7.根据权利要求4所述的一种分层等离子体产生装置，其特征在于，所述封闭式管状等离子体发生器的管体采用：

石英玻璃、普通玻璃、或玻璃钢材料制成。