CN114340128B - 带有屏蔽电极的串联sdbd等离子体激励器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有屏蔽电极的串联SDBD等离子体激励器，包括裸露电极、掩埋电极、屏蔽电极、阻挡介质板、绝缘介质膜与绝缘封装层；所述掩埋电极被封装在绝缘层中；屏蔽电极与裸露电极电连接；阻挡介质板水平方向放置，产生的离子流沿着裸露电极表面水平方向运动。由于屏蔽电极与裸露电极电势相同，因此该屏蔽电极可以减少串联后上级掩埋电极对本级裸露电极的反向放电，并消除出现在空气裸露电极上方的气流循环区域。通过这种设计，逆流的电风被强烈地限制，气流近壁面运动，可以获得更大的气流速度，产生更显著的推进力。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体物理及应用领域和空气动力学领域，具体涉及一种带有屏蔽电极的串联SDBD等离子体激励器。
背景技术
SDBD激励器，也称表面介质阻挡放电离子激励器，典型的单SDBD激励器由裸露电极、掩埋电极及阻挡介质板与绝缘封装层组成，两个电极交错放置，高电压施加在裸露电极和掩埋电极之间，诱导气流方向由裸露电极指向掩埋电极。对于此种激励器，推进力产生的原理在于定向移动的离子流与外界空气流的动量交换。大量研究表明，SDBD激励器的最大缺点在于诱导风速较低，从而限制了推进力的产生。
目前最常用的增加SDBD激励器推动力的方式是采用多重串联结构，将单个SDBD激励器结构结合起来，组成一个多级串联系统。完全理想情况下，新系统可以得到每个单一激励器产生推动力的累加和。然而在产生气流时，两对裸露电极之间会产生一个非定常的涡，涡的形成损失了激励器的部分能量，该涡的产生受电极间距的影响。同时，相邻两个串联级之间的电极会互相干扰，产生反向的推动力，使得总推动效果减弱。
发明内容
为解决现有技术所存在的技术问题，本发明提供了一种带有屏蔽电极的串联SDBD等离子体激励器。通过在裸露电极与掩埋电极之间设置屏蔽电极，可以减少串联后上级掩埋电极对本级裸露电极的反向放电，并消除出现在空气裸露电极上方的气流循环区域。通过这种设计，逆流的电风被强烈地限制，气流近壁面运动，可以获得更大的气流速度，产生更显著的推进力。
为实现上述目的，本发明的提供一种带有屏蔽电极的串联SDBD等离子体激励器，其特征在于：所述激励器包括三组激励单元、绝缘介质膜、阻挡介质板和绝缘封装层；所述三组激励单元共同串联连接：
所述三组激励单元内部从水平方向左至右均依次为：屏蔽电极、裸露电极、掩埋电极；水平距离上，所述屏蔽电极与裸露电极之间有重合部分，且水平距离上，所述裸露电极与掩埋电极无间距；
所述裸露电极直接暴露于空气中；
所述屏蔽电极与裸露电极之间进行电连接，电势相同；
所述掩埋电极封装在绝缘封装层中，
所述绝缘介质膜与阻挡介质板除屏蔽电极隔开的位置外紧密贴合；
所述阻挡介质板与绝缘封装层除掩埋电极隔开的位置外紧密贴合；
所述屏蔽电极、裸露电极、掩埋电极均为长方形铝电极，并通以交流电压。
作为优选方案，所述裸露电极包括第一裸露电极、第二裸露电极、第三裸露电极；所述第一裸露电极、第二裸露电极、第三裸露电极均位于绝缘介质膜的上方且等距排列；
所述屏蔽电极包含第一屏蔽电极、第二屏蔽电极、第三屏蔽电极；所述第一屏蔽电极、第二屏蔽电极、第三屏蔽电极均位于绝缘介质膜与阻挡介质板之间且等距排列；
所述掩埋电极包括第一掩埋电极、第二掩埋电极、第三掩埋电极；所述第一掩埋电极、第二掩埋电极、第三掩埋电极均位于绝缘封装层中且等距排列；
所述第一裸露电极、第一屏蔽电极、第一掩埋电极构成第一组激励单元；所述第二裸露电极、第二屏蔽电极、第二掩埋电极构成第二组激励单元；所述第三裸露电极、第三屏蔽电极、第三掩埋电极构成第三组激励单元；所述第一组激励单元、第二组激励单元和第三组激励单元之间均等间隔。
进一步地，所述第一组激励单元、第二组激励单元和第三组激励单元之间均等间隔为20mm，即第一掩埋电极的最右侧距第二裸露电极最左侧为20mm，第二掩埋电极最右侧距第三裸露电极最左侧也为20mm。
更进一步地，所述三组激励单元中，水平距离上，屏蔽电极与裸露电极之间重合部分为2mm。
更进一步地，所述裸露电极的设定参数均为：宽度10mm，长度80mm，厚度0.1mm。
更进一步地，所述屏蔽电极的设定参数均为：宽度12mm，长度80mm，厚度0.1mm。
更进一步地，所述掩埋电极的设定参数均为：宽度40mm，长度80mm，厚度0.1mm。
更进一步地，所述阻挡介质板采用石英玻璃为构成材料，设定参数为：长方形，尺寸为250mm×100mm×3mm。
本发明的优点及有益效果如下：
1、本发明设计采用的SDBD等离子体激励器较直流等离子体激励器而言具有自抑制性，不易向电弧放电转换，稳定性更强。
2、本发明设计所控制的极间间距可以有效地控制涡流的剪切作用对推动力产生的影响；
3、本发明设计的屏蔽电极可以减少串联后上级掩埋电极对本级裸露电极的反向放电，并消除出现在空气裸露电极上方的气流循环区域。
4、实验证明，本发明设计可提升SDBD等离子体激励器驱动效应最高可达67.09％。
附图说明
图1是本发明带有屏蔽电极的串联SDBD等离子体激励器示意图。
图2是传统的不带有屏蔽电极的串联SDBD等离子体激励器示意图。
图中：第一裸露电极1、第二裸露电极2、第三裸露电极3、第一屏蔽电极4、第二屏蔽电极5、第三屏蔽电极6、第一掩埋电极7、第二掩埋电极8、第三掩埋电极9、绝缘介质膜10、阻挡介质板11、绝缘封装层12。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例对本发明的技术方案作进一步具体的详细阐述。
实施例1
如图1所示，一种带有屏蔽电极的串联SDBD等离子体激励器，
第一裸露电极1、第二裸露电极2、第三裸露电极3位于绝缘介质膜10的上方等距排列；第一屏蔽电极4、第二屏蔽电极5、第三屏蔽电极6位于绝缘介质膜10与阻挡介质板11之间等距排列；第一掩埋电极7、第二掩埋电极8、第三掩埋电极9位于绝缘封装层12中等距排列；绝缘介质膜10与阻挡介质板11除电极隔开的位置外紧密贴合；阻挡介质板11与绝缘封装层12同样紧密贴合；所有电极均为长方形铝电极，并通以交流电压。
该激励器由三组激励单元共同串联构成，第一裸露电极1、第一屏蔽电极4、第一掩埋电极7为第一组；第二裸露电极2、第二屏蔽电极5、第二掩埋电极8为第二组；第三裸露电极3、第三屏蔽电极6、第三掩埋电极9为第三组，每组之间等间隔，设置间隔为20mm。即第一掩埋电极7的最右侧距第二裸露电极2最左侧为20mm，第二掩埋电极8最右侧距第三裸露电极3最左侧同样为20mm。
单组激励单元内部从水平方向左至右依次为，屏蔽电极、裸露电极、掩埋电极；水平距离上，屏蔽电极与裸露电极之间有重合部分，为2mm；水平距离上，裸露电极与掩埋电极无间距。
第一裸露电极1、第二裸露电极2、第三裸露电极3直接暴露于空气中，设定参数为：宽度10mm，长度80mm，厚度0.1mm。
第一屏蔽电极4、第二屏蔽电极5、第三屏蔽电极6与第一裸露电极1、第二裸露电极2、第三裸露电极3之间进行电连接，电势相同；设定绝缘电极的参数为：宽度12mm，长度80mm，厚度0.1mm。
第一掩埋电极7、第二掩埋电极8、第三掩埋电极9封装在绝缘介质膜10中，设定参数为：宽度40mm，长度80mm，厚度0.1mm。
阻挡介质板11采用石英玻璃为构成材料，设定参数为：长方形，尺寸为250mm×100mm×3mm。
去掉图1中的第一屏蔽电极4、第二屏蔽电极5、第三屏蔽电极6与绝缘介质膜10后可以得到一种传统的不带有屏蔽电极的串联SDBD等离子体激励器，如图2所示。
本发明的工作原理及过程如下：
1)屏蔽电极的作用：
在每组激励单元内部，掩埋电极与裸露电极间的放电作用，使裸露电极表面积累带电粒子，生成的带电粒子在电场作用下定向移动，从而形成等效的驱动力。如图2所示，只考虑第一组激励单元，工作时，第一掩埋电极7对第一裸露电极1之间存在放电作用，使其产生一个沿水平方向的驱动力。当考虑几组激励单元串联在一起时，第一组激励单元内的第一掩埋电极7与第二组激励单元内的裸露电极2也会存在放电，又由于第一裸露电极1、第二裸露电极2与第一掩埋电极7的相对位置相反，因此二者产生的驱动力也正好相反，更多组的情况依次类推，这会导致多组激励单元串联后的驱动力效果下降，甚至产生逆流的电风。
如图1所示，按照本发明的设计，添加第一屏蔽电极4、第二屏蔽电极5、第三屏蔽电极6与绝缘介质膜10后，当第一组的第一掩埋电极7对第二组的第二裸露电极2放电时，由于第二屏蔽电极5与第二裸露电极2电势相同，且位置处于第二裸露电极2的水平左侧，因此第一掩埋电极7会先与第二屏蔽电极5发生放电，这相当于对第二裸露电极2进行了屏蔽，同时第二屏蔽电极5在绝缘介质膜10下方，与空气无接触因而无法产生大量的带电粒子，阻止了在其表面产生反向的驱动力。
2)极间距离对推力的影响：
推力-极间距离的图形为一个倒“U”型。即在施加相同电压下(5000V)，激励器所产生的推力随着极间距离的增大而呈现出先增后减的趋势。这也进一步说明，改变电极的极间距离，确实会对激励器的推力有着一定的影响。之所以会存在这样的一种现象，是因为在流体运动过程中，会受到摩擦阻力和压差阻力。在这两种力的作用下，会使得电极表面的气流脱离电极表面形成涡流，涡流的不稳定将会使得摩擦阻力的增大并且产生振动和噪音，带来额外的能量损耗。而在采用串联多电极时，两对电极之间有一个非常稳定的涡，当有着充足的极间距离时，才能够使得空气充分诱导，得到更快的射流速度，但是当极间距离过大时，由于气流近壁面运动，会受到粘性和近壁面摩擦作用，所以当间距过大时，射流速度反而会下降。所以实验所得的推力数据会随着极间距离的增大而呈现出先增大后减小的现象。
试验验证：
表1是本发明实施例1中一种带有屏蔽电极的串联SDBD等离子体激励器与传统串联SDBD激励器的对比试验结果，该试验结果是在5000V，300Hz交流电压激励下完成的。可以看到，本发明设计的激励器推力远大于传统的不带屏蔽的激励器，且在中间位置极间距离为20mm时，有推力极大值。
表1推力对比表
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (3)
1.一种带有屏蔽电极的串联SDBD等离子体激励器，其特征在于：所述激励器包括三组激励单元、绝缘介质膜(10)、阻挡介质板(11)和绝缘封装层(12)；所述三组激励单元共同串联连接：
所述三组激励单元内部从水平方向左至右均依次为：屏蔽电极、裸露电极、掩埋电极；水平距离上，所述屏蔽电极与裸露电极之间有重合部分，且水平距离上，所述裸露电极与掩埋电极无间距；
所述裸露电极直接暴露于空气中；
所述屏蔽电极与裸露电极之间进行电连接，电势相同；
所述掩埋电极封装在绝缘封装层(12)中，
所述绝缘介质膜(10)与阻挡介质板(11)除屏蔽电极隔开的位置外紧密贴合；
所述阻挡介质板(11)与绝缘封装层(12)除掩埋电极隔开的位置外紧密贴合；
所述屏蔽电极、裸露电极、掩埋电极均为长方形铝电极，并通以交流电压；
所述裸露电极包括第一裸露电极(1)、第二裸露电极(2)、第三裸露电极(3)；所述第一裸露电极(1)、第二裸露电极(2)、第三裸露电极(3)均位于绝缘介质膜(10)的上方且等距排列；
所述屏蔽电极包含第一屏蔽电极(4)、第二屏蔽电极(5)、第三屏蔽电极(6)；所述第一屏蔽电极(4)、第二屏蔽电极(5)、第三屏蔽电极(6)电极均位于绝缘介质膜(10)与阻挡介质板(11)之间且等距排列；
所述掩埋电极包括第一掩埋电极(7)、第二掩埋电极(8)、第三掩埋电极(9)；所述第一掩埋电极(7)、第二掩埋电极(8)、第三掩埋电极(9)均位于绝缘封装层(12)中且等距排列；
所述第一裸露电极(1)、第一屏蔽电极(4)、第一掩埋电极(7)构成第一组激励单元；所述第二裸露电极(2)、第二屏蔽电极(5)、第二掩埋电极(8)构成第二组激励单元；所述第三裸露电极(3)、第三屏蔽电极(6)、第三掩埋电极(9)构成第三组激励单元；所述第一组激励单元、第二组激励单元和第三组激励单元之间均等间隔；
所述第一组激励单元、第二组激励单元和第三组激励单元之间均等间隔为20mm，即第一掩埋电极(7)的最右侧距第二裸露电极(2)最左侧为20mm，第二掩埋电极(8)最右侧距第三裸露电极(3)最左侧也为20mm；
所述三组激励单元中，水平距离上，屏蔽电极与裸露电极之间重合部分为2mm；
所述裸露电极的设定参数均为：宽度10mm，长度80mm，厚度0.1mm；
所述屏蔽电极的设定参数均为：宽度12mm，长度80mm，厚度0.1mm。
2.根据权利要求1所述的带有屏蔽电极的串联SDBD等离子体激励器，其特征在于：所述掩埋电极的设定参数均为：宽度40mm，长度80mm，厚度0.1mm。
3.根据权利要求2所述的带有屏蔽电极的串联SDBD等离子体激励器，其特征在于：所述阻挡介质板(11)采用石英玻璃为构成材料，设定参数为：长方形，尺寸为250mm×100mm×3mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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