CN110225639A - 一种提高表面dbd激励器诱导射流速度的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种三电极式布局DBD激励器，由高压电极(①)、地电极(②)、第三电极(③)和阻挡介质层(④)四部分组成。基于此，提供一种提高表面DBD激励器诱导射流速度的装置，包括短脉冲高压高频等离子体电源(⑤)、三电极式布局DBD激励器、偏置高压直流源(⑥)。还提供一种提高表面DBD激励器诱导射流速度的方法。该方法显著提升了等离子体诱导射流速度，放电诱导近壁面射流可达10m/s以上。

Description

一种提高表面DBD激励器诱导射流速度的装置及方法
技术领域
本发明涉及介质阻挡放电等离子体技术和空气动力学领域，具体涉及一种提高表面DBD激励器诱导射流速度的方法。
背景技术
20世纪90年代以来，等离子体流动控制技术，作为一种新概念主动流动控制技术，在提升飞行器和发动机气动特性方面具备良好的优势和潜力，其主要特点有：响应迅速、无运动部件、激励频带宽、激励装置易于布置。目前，国际上研究最为广泛的是高压正弦波作用下产生的表面介质阻挡放电(DBD)等离子体气动激励。激励器由表面裸露电极、掩埋电极和中间绝缘阻挡介质层构成，其基本典型布局为绝缘介质两侧布置非对称电极，上表面电极接通等离子体电源的高压输出端，下表面电极接通等离子体电源的接地端，当升高电极两端的电压超过一定的阈值，电极附近的空气被击穿电离形成等离子体，等离子体中的带电粒子在电场的作用下运动，通过离子与中性气体分子的碰撞，诱导近壁面气体的宏观加速，形成近壁面气体射流，用于飞机在飞行过程中的流动控制。
目前DBD激励器诱导的速度不高，小于10m/s。国内外，就DBD激励器的结构优化、电源波形优化等进行了研究，目前的DBD诱导速度，还没有达到实际飞机/机翼绕流控制需要的射流速度，尤其是还不满足小迎角下翼面减阻、环量控制方面的需求。
根据驱动电压时间尺度和波形不同，可分为毫秒交流(AC-)、微秒脉冲(μs-)、纳秒脉冲(NS-)等多种DBD等离子体激励，不同激励用于流动控制的基本原理有所不同。普遍认为，AC-DBD等离子体激励的体积力效应占主导，μs-DBD等离子体激励可触发体积力和热释放两种效应，NS-DBD激励快速加热效应占主导。
近年来，为了提高表面DBD(SDBD)等离子体激励器的激励强度，提高能量效率，获得大面积低能耗、高密度的适合流动控制实际应用的等离子体，国内外的科研团队主要围绕主动流动控制开展了大量对SDBD激励器结构及参数、阻挡介质材料、电极材料和形状、工作环境的研究，并对新型激励器结构进行了积极探索。对于表面DBD激励器，目前提高射流速度的方法如下：
一是通过优化激励参数，波形，电压，频率；二是通过优化激励器结构；三是通过选取合理的激励器制作材料。最近研究者青睐于在用三电极DBD激励器提高诱导速度。与传统的典型两电极DBD激励器相比，采用三电极激励器并利用双电源供电模式产生表面滑闪放电既有利于大面积等离子体的产生，又可以提高诱导气流的最大速度以及推力，表面滑闪放电在等离子体流动控制领域表现出了非常好的应用前景。然而，这种对激励器结构的研究多采用毫秒交流高压电源叠加高压直流偏置。部分研究者采用了微秒脉冲和纳秒脉冲电源也只是集中在低频范围(＜5000Hz)。
NS-DBD等离子体气动激励的基本原理是：当施加在激励器电极两端的脉冲高压上升沿或下降沿的时间尺度在几纳秒到几十纳秒的量级时，放电在等离子体层迅速形成能量沉积，导致近激励器处的空气被快速加热，时间不足1μs，引起局部气体快速温升和压升，对流场形成强脉冲扰动甚至是冲击波扰动，即等离子体冲击气动激励。通常认为，，与交流驱动相比，，脉冲驱动由于它的快速上升沿决定的。、对于通常交流驱动产生的非平衡等离子体，，电子的等效温度约在1～3eV范围。只有很少数电子的能量在10～15eV。只有这样的高能电子才能够有效地电离。而电子能量在1～3eV的电子会很快地将其能量转化为分子的振动态。通过采用快速上升沿的短脉冲，，其使得施加电压大于最小的击穿电压，，也即此时具有较高的过电压，就有可能使电子能量分布函数向高能端偏移，，从而产生更多的高能电子，，这些能量相对较高的电子能够有效地分解和电离气体分子，，而不至于把能量消耗在激发分子的振动态上。
发明内容
本发明主要针对于提高诱导射流速度这一关键指标，为改善现有技术的不足，从等离子体介质阻挡放电机理出发，通过激励器构型的优化设计以及激励源、放电特性、诱导流场特性等关键参数的规律探究，考虑到交流驱动可以诱导体积力进而诱导近壁面射流，而超短脉冲高压驱动DBD激励器可产生更多的高能电子和更大的放电电流。为使二者的优势结合起来，提出以下技术方案。
本发明提出一种三电极式布局DBD激励器，其特征在于
三电极式布局DBD激励器，以下简称“激励器”，由高压电极①、地电极②、第三电极③和阻挡介质层④四部分组成；激励器布局中将矩形条状高压电极①嵌于阻挡介质层④上表面，位于阻挡介质层④长度方向轴线的左边，高压电极①左右两边缘与阻挡介质层④左边缘、阻挡介质层④长度方向轴线分别保持距离，高压电极①前后边缘与阻挡介质层④前后边缘分别保持距离，高压电极①上表面保证裸露；矩形条状地电极②嵌于阻挡介质下表面，大致位于阻挡介质层④长度方向轴线处，地电极②左右两边缘与阻挡介质层④左右两边缘分别保持距离，地电极②前后边缘与阻挡介质层④前后边缘分别保持距离，地电极②下表面裸露或置于介质内；并且，地电极②宽度为Wb，高压电极①与地电极②在水平方向上的水平间隔为d1，d1可正可负，是一个较小的数值，d1为正表示高压电极①与地电极②存在水平间距，d1为负表示高压电极①与地电极②在水平方向上部分重合，d1＝0时高压电极①右边缘和地电极②左边缘竖直方向上重合；此外，高压电极①与地电极②在竖直方向上必须存有间距；矩形条状第三电极③布置在阻挡介质层④的上表面或封装于阻挡介质层④内，位于地电极②的右侧，第三电极③宽度为Wc；第三电极③右边缘与阻挡介质层④右边缘保持距离，第三电极③左边缘与地电极②右边缘的水平间隔为d2，d2可正可负，是一个较小的数值，d2为正表示第三电极③与地电极②存在水平间距，d2为负表示第三电极③与地电极②在水平方向上部分重合，d2＝0时第三电极③左边缘和地电极②右边缘竖直方向上重合；第三电极③前后边缘与阻挡介质层④前后边缘分别保持距离；此外，第三电极③与地电极②在竖直方向上必须存有间距；当第三电极③布置在阻挡介质层④的上表面时，要保证上表面裸露，当第三电极③封装于阻挡介质层④内时，第三电极③的上下表面与阻挡介质层④的上下表面平行。
在本发明的一个实施例中，所有电极均为电阻值较小的金属电极，高压电极①和第三电极③的宽度范围0.1-10mm，厚度0.01mm-0.5mm；地电极②厚度0.01mm-0.5mm，宽度范围20-100mm；d1的范围-1-1mm，d2的范围-5-5mm；。
在本发明的一个具体实施例中，高压电极①和第三电极③的宽度5mm，厚度0.2mm；地电极②厚度0.2mm，宽度50mm；，d1＝0mm，d2＝0mm。
还提供一种提高表面DBD激励器诱导射流速度的装置，包括短脉冲高压高频等离子体电源⑤、三电极式布局DBD激励器、偏置高压直流源⑥，其特征在于
三电极式布局DBD激励器，以下简称“激励器”，由高压电极①、地电极②、第三电极③和阻挡介质层④四部分组成；激励器布局中将矩形条状高压电极①嵌于阻挡介质层④上表面，位于阻挡介质层④长度方向轴线的左边，高压电极①左右两边缘与阻挡介质层④左边缘、阻挡介质层④长度方向轴线分别保持距离，高压电极①前后边缘与阻挡介质层④前后边缘分别保持距离，高压电极①上表面保证裸露；矩形条状地电极②嵌于阻挡介质下表面，大致位于阻挡介质层④长度方向轴线处，地电极②左右两边缘与阻挡介质层④左右两边缘分别保持距离，地电极②前后边缘与阻挡介质层④前后边缘分别保持距离，地电极②下表面裸露或置于介质内；并且，地电极②宽度为Wb，高压电极①与地电极②在水平方向上的水平间隔为d1，d1可正可负，是一个较小的数值，d1为正表示高压电极①与地电极②存在水平间距，d1为负表示高压电极①与地电极②在水平方向上部分重合，d1＝0时高压电极①右边缘和地电极②左边缘竖直方向上重合；此外，高压电极①与地电极②在竖直方向上必须存有间距；矩形条状第三电极③布置在阻挡介质层④的上表面或封装于阻挡介质层④内，位于地电极②的右侧，第三电极③宽度为Wc；第三电极③右边缘与阻挡介质层④右边缘保持距离，第三电极③左边缘与地电极②右边缘的水平间隔为d2，d2可正可负，是一个较小的数值，d2为正表示第三电极③与地电极②存在水平间距，d2为负表示第三电极③与地电极②在水平方向上部分重合，d2＝0时第三电极③左边缘和地电极②右边缘竖直方向上重合；第三电极③前后边缘与阻挡介质层④前后边缘分别保持距离；此外，第三电极③与地电极②在竖直方向上必须存有间距；当第三电极③布置在阻挡介质层④的上表面时，要保证上表面裸露，当第三电极③封装于阻挡介质层④内时，第三电极③的上下表面与阻挡介质层④的上下表面平行；
偏置高压直流源⑥的高压输出端与第三电极③电连接，脉冲高压高频等离子体电源⑤的高压输出端与高压电极①电连接；脉冲高压高频等离子体电源⑤、偏置高压直流源⑥的接地端与地电极②电连接。
在本发明的一个实施例中，所有电极均为电阻值较小的金属电极，高压电极①和第三电极③的宽度范围0.1-10mm，厚度0.01mm-0.5mm；地电极②厚度0.01mm-0.5mm，宽度范围20-100mm；d1的范围-1-1mm，d2的范围-5-5mm；
用于产生短脉冲高压高频信号的等离子体电源⑤，输出功率在0～2000W内范围连续可调，工作频率在5kHz～1MHz范围内连续可调；上升沿和下降沿的宽度范围50ns-1us，优选范围150ns-500ns，电压峰峰值范围0-30kV；采用的偏置高压直流源⑥的电压范围：0-30kV。
在本发明的一个具体实施例中，高压电极①和第三电极③的宽度5mm，厚度0.2mm；地电极②厚度0.2mm，宽度50mm；，d1＝0mm，d2＝0mm；
采用的短脉冲高压高频等离子体电源⑤输出的电压脉宽为：0.15μs，电压峰值10kV，高压脉冲频率8000Hz；采用的偏置高压直流源⑥的电压15kV；绝缘介质层④为聚酰亚胺胶带、亚克力板、J133环氧树脂涂层、陶瓷板。
此外，还提供一种提高表面DBD激励器诱导射流速度的方法，包括下列步骤：
(a)制作如权利要求4至6的其中一项权利要求所述的三电极DBD激励系统，短脉冲高压高频等离子体电源⑤的高压输出端电连接高压电极①；将偏置高压直流源⑥的高压输出端电连接第三电极③；地电极②、偏置高压直流源⑥接地端和短脉冲高压高频等离子体电源⑤的接地端电连接在一起并保证接地良好；
(b)当电压的上升速度过快，会形成过高压击穿，产生更多的高能电子，形成更大的电流；因此，根据单位体积的电场力F＝Q×E(Q为电荷密度，E为电场)，要想使电场力F提高，需要提高电荷密度Q或电场E；根据这一思路，通过短脉冲的高频击穿产生电荷密度Q，通过偏置直流高压进一步加强电场E；在上升沿和下降沿50ns-1us时，主要的放电产生两次；上升沿时，第一次放电产生的等离子体⑧中的正离子沉积在介质层表面，沉积的电荷形成虚拟电极，极性与高压电极①相同，建立起的残余电势抑制了放电的继续，直至等离子体放电“熄灭”；下降沿时，由于高压电极①电势迅速下降，第二次放电时，之前形成的虚拟电极的电压相对较高，形成反向击穿，放电区域形成大量的负离子；第三电极③由偏置高压直流源⑥提供正极性的直流高压，负离子被诱导向第三电极③运动，从而形成离子风，诱导近壁面气流加速；
(c)通过调节短脉冲高压高频等离子体电源⑤的频率和输出电压，以及偏置高压直流源⑥的高压值，影响单位体积的电场力F＝Q×E，进而影响诱导近壁面射流速度；
(d)偏置高压直流源⑥的高压输出与短脉冲高压高频等离子体电源⑤的高压输出密切相关，当短脉冲高压高频等离子体电源⑤高压输出先是下降沿时，会使激励器第一次下降沿放电；这时候与之相配的偏置高压直流源⑥输出负极性的直流高压；当短脉冲高压高频等离子体电源⑤高压输出先是上升沿时，会使激励器第一次上升沿放电；这时候与之相配的偏置高压直流源⑥输出正极性的直流高压；以此类推。
本发明主要是通过短脉冲表面介质阻挡放电产生高的放电电流，通过高重频放电，维持带电粒子的较高密度和持续性。通过偏置高压直流信号，产生强电场，驱动带电粒子定向加速，诱导近壁面的气流加速。本发明的方法和装置有利于提高近壁面射流速度。
本发明的方法与常规、传统、已有的三电极式布局的DBD激励器的工作方法有明显的区别，主要区别在于：在脉冲高压的参数上，本发明的方法突出高重频和纳秒级脉宽的特征；在偏置直流高压的参数上，本发明的方法突出电压极性和高电压的特征。初步实验表明，该工作方法可使激励诱导射流速度达到10m/s以上。
附图说明
图1是等离子体激励器结构示意图；
图2是等离子体激励系统工作示意图；
图3本发明方法中电源波形搭配示意图，其中图3(a)示出短脉冲负高压高频电源搭配负高压直流源的情况，图3(b)示出短脉冲正高压高频电源搭配正高压直流源的情况，图3(c)示出短脉冲先负后正高压高频电源搭配负高压直流源的情况，图3(d)示出短脉冲先正后负高压高频电源搭配正高压直流源的情况。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明。
等离子体脉冲放电实现气动激励是利用高压脉冲电源实现气体放电，产生带电粒子；在电场力作用下，带电粒子定向移动并产生温度、压力变化，从而对流场施加有效扰动的新兴激励方式。在采用10ns脉冲高压放电的情况下，当脉冲电场从10kV/cm增加到40kV/cm时，根据光辐射测量结果得知等离子体的衰减时间从几十个纳秒增加到几个微秒的量级；宏观上表现为诱导速度的明显提升。但结合当前流动控制领域研究的普遍规律来看，现阶段的诱导射流速度无法实现广泛、有效的实际应用控制效果。综合来看，现阶段等离子体介质阻挡放电在电离、复合的过程中的时间尺度一般只有几纳秒，而明显加速流动的形成往往需要等离子体的持续时间尺度达到μs-ms量级。
为解决目前DBD诱导射流速度不高的问题，在传统DBD激励器结构上，增加一个电极接负的直流偏置高压，成为一项研究热点；然而诱导速度提高量难以有质的突破。综合考虑ns-DBD放电能够产生更多高能电子、能耗较低且发热量小的优势，以及叠加直流场后产生恒定电场的加速效应，根据实验结果总结分析，提出一种提高表面DBD激励器诱导射流速度的方法，有利于显著提高近壁面射流速度。
本发明采用的提高表面DBD激励器诱导射流速度的装置包括短脉冲高压高频等离子体电源⑤、三电极式布局DBD激励器(以下简称“激励器”)、偏置高压直流源⑥。
激励器由高压电极①、地电极②、第三电极③和阻挡介质层④四部分组成。激励器布局中将矩形条状高压电极①嵌于阻挡介质层④上表面，位于阻挡介质层④长度方向轴线的左边，高压电极①左右两边缘与阻挡介质层④左边缘、阻挡介质层④长度方向轴线分别保持距离，高压电极①前后边缘与阻挡介质层④前后边缘分别保持距离，高压电极①上表面保证裸露。矩形条状地电极②嵌于阻挡介质下表面，大致位于阻挡介质层④长度方向轴线处，地电极②左右两边缘与阻挡介质层④左右两边缘分别保持距离，地电极②前后边缘与阻挡介质层④前后边缘分别保持距离，地电极②下表面可裸露，也可内置于介质；并且，地电极②宽度为Wb，高压电极①与地电极②在水平方向上的水平间隔(即高压电极①右边缘与地电极②左边缘之间的水平距离)d1，d1可正可负，但通常是一个比较小的数值，d1为正表示高压电极①与地电极②存在水平间距，d1为负表示高压电极①与地电极②在水平方向上部分重合，d1＝0时高压电极①右边缘和地电极②左边缘竖直方向上重合；此外，高压电极①与地电极②在竖直方向上必须存有间距。矩形条状第三电极③布置在阻挡介质层④的上表面或封装于阻挡介质层④内，位于地电极②的右侧，第三电极③宽度为Wc；第三电极③右边缘与阻挡介质层④右边缘保持距离，第三电极③左边缘与地电极②右边缘的水平间隔为d2，d2可正可负，但通常是一个比较小的数值，d2为正表示第三电极③与地电极②存在水平间距，d2为负表示第三电极③与地电极②在水平方向上部分重合，d2＝0时第三电极③左边缘和地电极②右边缘竖直方向上重合；第三电极③前后边缘与阻挡介质层④前后边缘分别保持距离；此外，第三电极③与地电极②在竖直方向上必须存有间距。当第三电极③布置在阻挡介质层④的上表面时，要保证上表面裸露，当第三电极③封装于阻挡介质层④内时，第三电极③的上下表面与阻挡介质层④的上下表面平行。
激励器应用于被控装置表面，自然形成封装，可防止下表面的沿面闪络。
偏置高压直流源⑥的高压输出端与第三电极③电连接，脉冲高压高频等离子体电源⑤的高压输出端与高压电极①电连接。脉冲高压高频等离子体电源⑤、偏置高压直流源⑥的接地端与地电极②电连接。
等离子体激励器所有电极为电阻较小的金属电极，优选银制和铜制，高压电极①和第三电极③的宽度范围0.1-10mm，厚度0.01mm-0.5mm。地电极②厚度0.01mm-0.5mm，宽度范围20-100mm。
用于产生短脉冲高压高频信号的等离子体电源⑤，输出功率在0～2000W内范围连续可调，工作频率在5kHz～1MHz范围内连续可调；上升沿和下降沿的宽度范围50ns-1us，优选范围150ns-500ns，电压峰峰值范围0-30kV。采用的偏置高压直流源⑥的电压范围：0-30kV。绝缘介质层④的介电常数为2-10，例如，聚酰亚胺胶带、亚克力板、J133环氧树脂涂层、陶瓷板，优选陶瓷板。d1的范围-1-1mm，d2的范围-5-5mm。
根据本发明采用的装置，在本发明的一个实施例中，上面描述参数范围的参数的优选值如下：
等离子体激励器所有电极为铜箔，高压电极①和第三电极③的宽度5mm，厚度0.2mm。地电极②厚度0.2mm，宽度范围50mm。采用的短脉冲高压高频等离子体电源⑤输出的电压脉宽范围为：0.15μs，电压峰值10kV，高压脉冲频率8000Hz。采用的偏置高压直流源⑥的电压15kV。绝缘介质层④的介电常数为3.5，为聚酰亚胺胶带，d1＝0mm，d2＝0mm。
基于上述三电极DBD激励系统，提出一种提高表面DBD激励器诱导射流速度的方法，包括下列步骤：
(a)按照图1，制作三电极DBD激励系统，短脉冲高压高频等离子体电源⑤的高压输出端电连接高压电极①。将偏置高压直流源⑥的高压输出端电连接第三电极③。地电极②、偏置高压直流源⑥接地端和短脉冲高压高频等离子体电源⑤的接地端电连接在一起并保证接地良好。
(b)根据短脉冲高压放电理论，当电压的上升速度过快，会形成过高压击穿，产生更多的高能电子，形成更大的电流。因此，根据单位体积的电场力F＝Q×E(Q为电荷密度，E为电场)，要想使电场力F提高，需要提高电荷密度Q或电场E。根据这一思路，通过短脉冲的高频击穿产生电荷密度Q，通过偏置直流高压进一步加强电场E。在上升沿和下降沿50ns-1us时，主要的放电产生两次；上升沿时，第一次放电产生的等离子体⑧中的正离子沉积在介质层表面，沉积的电荷形成虚拟电极，极性与高压电极①相同，建立起的残余电势抑制了放电的继续，直至等离子体放电“熄灭”。下降沿时，由于高压电极①电势迅速下降，第二次放电时，之前形成的虚拟电极的电压相对较高，形成反向击穿，放电区域形成大量的负离子。第三电极③由偏置高压直流源⑥提供正极性的直流高压，负离子被诱导向第三电极③运动，从而形成离子风，诱导近壁面气流加速。
(c)主要通过调节短脉冲高压高频等离子体电源⑤的频率和输出电压，以及偏置高压直流源⑥的高压值，影响单位体积的电场力F＝Q×E，进而影响诱导近壁面射流速度。
(d)偏置高压直流源⑥的高压输出与短脉冲高压高频等离子体电源⑤的高压输出密切相关，当短脉冲高压高频等离子体电源⑤高压输出先是下降沿时，会使激励器第一次下降沿放电。这时候与之相配的偏置高压直流源⑥输出负极性的直流高压(如图3(a)所示)；当短脉冲高压高频等离子体电源⑤高压输出先是上升沿时，会使激励器第一次上升沿放电。这时候与之相配的偏置高压直流源⑥输出正极性的直流高压(如图3(b)所示)。以此类推的电压匹配如图3(c)、图3(d)所示。
经过上述方法步骤，显著提升了等离子体诱导射流速度，放电诱导近壁面射流可达10m/s以上。
图3说明了激励器工作时电压极性的重要性，本质上是利用放电产生的负离子在偏置直流电场中的加速效应。
本方法适用提高表面DBD激励器诱导射流速度，可将速度提高至10m/s以上，同时短脉冲高压高频放电产生周期性的非定常冲击波可以促进流场的掺混，三电极激励器通过本发明方法产生的激励对于飞行器和发动机存在的流动分离具有突出的控制能力。
以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (7)

1.一种三电极式布局DBD激励器，其特征在于
三电极式布局DBD激励器，以下简称“激励器”，由高压电极(①)、地电极(②)、第三电极(③)和阻挡介质层(④)四部分组成；激励器布局中将矩形条状高压电极(①)嵌于阻挡介质层(④)上表面，位于阻挡介质层(④)长度方向轴线的左边，高压电极(①)左右两边缘与阻挡介质层(④)左边缘、阻挡介质层(④)长度方向轴线分别保持距离，高压电极(①)前后边缘与阻挡介质层(④)前后边缘分别保持距离，高压电极(①)上表面保证裸露；矩形条状地电极(②)嵌于阻挡介质下表面，大致位于阻挡介质层(④)长度方向轴线处，地电极(②)左右两边缘与阻挡介质层(④)左右两边缘分别保持距离，地电极(②)前后边缘与阻挡介质层(④)前后边缘分别保持距离，地电极(②)下表面裸露或置于介质内；并且，地电极(②)宽度为Wb，高压电极(①)与地电极(②)在水平方向上的水平间隔为d1，d1可正可负，是一个较小的数值，d1为正表示高压电极(①)与地电极(②)存在水平间距，d1为负表示高压电极(①)与地电极(②)在水平方向上部分重合，d1＝0时高压电极(①)右边缘和地电极(②)左边缘竖直方向上重合；此外，高压电极(①)与地电极(②)在竖直方向上必须存有间距；矩形条状第三电极(③)布置在阻挡介质层(④)的上表面或封装于阻挡介质层(④)内，位于地电极(②)的右侧，第三电极(③)宽度为We；第三电极(③)右边缘与阻挡介质层(④)右边缘保持距离，第三电极(③)左边缘与地电极(②)右边缘的水平间隔为d2，d2可正可负，是一个较小的数值，d2为正表示第三电极(③)与地电极(②)存在水平间距，d2为负表示第三电极(③)与地电极(②)在水平方向上部分重合，d2＝0时第三电极(③)左边缘和地电极(②)右边缘竖直方向上重合；第三电极(③)前后边缘与阻挡介质层(④)前后边缘分别保持距离；此外，第三电极(③)与地电极(②)在竖直方向上必须存有间距；当第三电极(③)布置在阻挡介质层(④)的上表面时，要保证上表面裸露，当第三电极(③)封装于阻挡介质层(④)内时，第三电极(③)的上下表面与阻挡介质层(④)的上下表面平行。
2.如权利要求1所述的三电极式布局DBD激励器，其特征在于，所有电极均为电阻值较小的金属电极，高压电极(①)和第三电极(③)的宽度范围0.1-10mm，厚度0.01mm-0.5mm；地电极(②)厚度0.01mm-0.5mm，宽度范围20-100mm；d1的范围-1-1mm，d2的范围-5-5mm。
3.如权利要求1所述的三电极式布局DBD激励器，其特征在于，高压电极(①)和第三电极(③)的宽度5mm，厚度0.2mm；地电极(②)厚度0.2mm，宽度50mm；，d1＝0mm，d2＝0mm。
4.一种提高表面DBD激励器诱导射流速度的装置，包括短脉冲高压高频等离子体电源(⑤)、三电极式布局DBD激励器、偏置高压直流源(⑥)，其特征在于
三电极式布局DBD激励器，以下简称“激励器”，由高压电极(①)、地电极(②)、第三电极(③)和阻挡介质层(④)四部分组成；激励器布局中将矩形条状高压电极(①)嵌于阻挡介质层(④)上表面，位于阻挡介质层(④)长度方向轴线的左边，高压电极(①)左右两边缘与阻挡介质层(④)左边缘、阻挡介质层(④)长度方向轴线分别保持距离，高压电极(①)前后边缘与阻挡介质层(④)前后边缘分别保持距离，高压电极(①)上表面保证裸露；矩形条状地电极(②)嵌于阻挡介质下表面，大致位于阻挡介质层(④)长度方向轴线处，地电极(②)左右两边缘与阻挡介质层(④)左右两边缘分别保持距离，地电极(②)前后边缘与阻挡介质层(④)前后边缘分别保持距离，地电极(②)下表面裸露或置于介质内；并且，地电极(②)宽度为Wb，高压电极(①)与地电极(②)在水平方向上的水平间隔为d1，d1可正可负，是一个较小的数值，d1为正表示高压电极(①)与地电极(②)存在水平间距，d1为负表示高压电极(①)与地电极(②)在水平方向上部分重合，d1＝0时高压电极(①)右边缘和地电极(②)左边缘竖直方向上重合；此外，高压电极(①)与地电极(②)在竖直方向上必须存有间距；矩形条状第三电极(③)布置在阻挡介质层(④)的上表面或封装于阻挡介质层(④)内，位于地电极(②)的右侧，第三电极(③)宽度为Wc；第三电极(③)右边缘与阻挡介质层(④)右边缘保持距离，第三电极(③)左边缘与地电极(②)右边缘的水平间隔为d2，d2可正可负，是一个较小的数值，d2为正表示第三电极(③)与地电极(②)存在水平间距，d2为负表示第三电极(③)与地电极(②)在水平方向上部分重合，d2＝0时第三电极(③)左边缘和地电极(②)右边缘竖直方向上重合；第三电极(③)前后边缘与阻挡介质层(④)前后边缘分别保持距离；此外，第三电极(③)与地电极(②)在竖直方向上必须存有间距；当第三电极(③)布置在阻挡介质层(④)的上表面时，要保证上表面裸露，当第三电极(③)封装于阻挡介质层(④)内时，第三电极(③)的上下表面与阻挡介质层(④)的上下表面平行；
偏置高压直流源(⑥)的高压输出端与第三电极(③)电连接，脉冲高压高频等离子体电源(⑤)的高压输出端与高压电极(①)电连接；脉冲高压高频等离子体电源(⑤)、偏置高压直流源(⑥)的接地端与地电极(②)电连接。
5.如权利要求1所述的提高表面DBD激励器诱导射流速度的装置，其特征在于
所有电极均为电阻值较小的金属电极，高压电极(①)和第三电极(③)的宽度范围0.1-10mm，厚度0.01mm-0.5mm；地电极(②)厚度0.01mm-0.5mm，宽度范围20-100mm；d1的范围-1-1mm，d2的范围-5-5mm；
用于产生短脉冲高压高频信号的等离子体电源(⑤)，输出功率在0～2000W内范围连续可调，工作频率在5kHz～1MHz范围内连续可调；上升沿和下降沿的宽度范围50ns-1us，优选范围150ns-500ns，电压峰峰值范围0-30kV；采用的偏置高压直流源(⑥)的电压范围：0-30kV。
6.如权利要求1所述的提高表面DBD激励器诱导射流速度的装置，其特征在于
高压电极(①)和第三电极(③)的宽度5mm，厚度0.2mm；地电极(②)厚度0.2mm，宽度50mm；，d1＝0mm，d2＝0mm；
采用的短脉冲高压高频等离子体电源(⑤)输出的电压脉宽为：0.15μs，电压峰值10kV，高压脉冲频率8000Hz；采用的偏置高压直流源(⑥)的电压15kV；绝缘介质层④为聚酰亚胺胶带、亚克力板、J133环氧树脂涂层、陶瓷板。
7.一种提高表面DBD激励器诱导射流速度的方法，包括下列步骤：
(a)制作如权利要求4至6的其中一项权利要求所述的三电极DBD激励系统，短脉冲高压高频等离子体电源(⑤)的高压输出端电连接高压电极(①)；将偏置高压直流源(⑥)的高压输出端电连接第三电极(③)；地电极(②)、偏置高压直流源(⑥)接地端和短脉冲高压高频等离子体电源(⑤)的接地端电连接在一起并保证接地良好；
(b)当电压的上升速度过快，会形成过高压击穿，产生更多的高能电子，形成更大的电流；因此，根据单位体积的电场力F＝Q×E，其中Q为电荷密度，E为电场，要想使电场力F提高，需要提高电荷密度Q或电场E；根据这一思路，通过短脉冲的高频击穿产生电荷密度Q，通过偏置直流高压进一步加强电场E；在上升沿和下降沿50ns-1us时，主要的放电产生两次；上升沿时，第一次放电产生的等离子体(⑧)中的正离子沉积在介质层表面，沉积的电荷形成虚拟电极，极性与高压电极(①)相同，建立起的残余电势抑制了放电的继续，直至等离子体放电“熄灭”；下降沿时，由于高压电极(①)电势迅速下降，第二次放电时，之前形成的虚拟电极的电压相对较高，形成反向击穿，放电区域形成大量的负离子；第三电极(③)由偏置高压直流源(⑥)提供正极性的直流高压，负离子被诱导向第三电极(③)运动，从而形成离子风，诱导近壁面气流加速；
(c)通过调节短脉冲高压高频等离子体电源(⑤)的频率和输出电压，以及偏置高压直流源(⑥)的高压值，影响单位体积的电场力F＝Q×E，进而影响诱导近壁面射流速度；
(d)偏置高压直流源(⑥)的高压输出与短脉冲高压高频等离子体电源(⑤)的高压输出密切相关，当短脉冲高压高频等离子体电源(⑤)高压输出先是下降沿时，会使激励器第一次下降沿放电；这时候与之相配的偏置高压直流源(⑥)输出负极性的直流高压；当短脉冲高压高频等离子体电源(⑤)高压输出先是上升沿时，会使激励器第一次上升沿放电；这时候与之相配的偏置高压直流源(⑥)输出正极性的直流高压；以此类推。
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