本發(fā)明屬于燃燒實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，是一種用于激波管的等離子體發(fā)生裝置，用以研究等離子體輔助點(diǎn)火的研究。

背景技術(shù)：

當(dāng)飛行器的飛行速度達(dá)到高超聲速時(shí)，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒達(dá)到超燃狀態(tài)，稱為超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)(Scramjet)。對(duì)于超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，燃料以超聲速流過燃燒室，燃料難以實(shí)現(xiàn)混合、點(diǎn)火以及化學(xué)能的充分釋放。碳?xì)淙剂鲜呛娇诊w行器最廣泛應(yīng)用的燃料，燃料需要在極短的時(shí)間(毫秒量級(jí))內(nèi)完成燃料的點(diǎn)火、火焰?zhèn)鞑ヒ约盎鹧娣€(wěn)定。而碳?xì)淙剂系狞c(diǎn)火延遲時(shí)間也為毫秒量級(jí)，因此，必須使用技術(shù)手段縮短碳?xì)淙剂系狞c(diǎn)火延遲時(shí)間。

等離子體由于能夠同時(shí)提高溫度和增加活性自由基濃度而被認(rèn)為是縮短燃料點(diǎn)火延遲時(shí)間的最有效的方法。

通常情況下，研究者使用激波管來測量燃料點(diǎn)火延遲時(shí)間。在激波管的反應(yīng)區(qū)域內(nèi)加入等離子體可以研究等離子體輔助碳?xì)淙剂系狞c(diǎn)火情況，測量加入等離子體后的碳?xì)淙剂系狞c(diǎn)火延遲時(shí)間。

目前國內(nèi)外公開報(bào)道的在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)研究最多的是俄羅斯莫斯科物理技術(shù)研究所的Kosarev等人，研究小組采用納秒脈沖電源，在25×25mm方形截面激波管的末端放電，注入了等離子體(Kosarev I N,Aleksandrov N L,Kindysheva S V.Kinetics of Ignition of Saturated Hydrocarbons by Nonequilibrium Plasma CH₄-containing Mixtures[J].Combustion and Flame,2008,154:569-586)。測量的碳?xì)淙剂习–1～C5的烷烴，以及乙炔、酒精燈燃料的點(diǎn)火延遲時(shí)間，并測量了放電等離子體對(duì)于點(diǎn)火延遲時(shí)間的縮短情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，放電產(chǎn)生的等離子體可以使實(shí)驗(yàn)燃料的點(diǎn)火延遲時(shí)間減小一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。

然而，公開的研究中并沒有揭示應(yīng)用于激波管內(nèi)的等離子體發(fā)生裝置的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。因此，設(shè)計(jì)一種應(yīng)用于激波管內(nèi)輔助點(diǎn)火的等離子體發(fā)生裝置極為必要。

目前，需要解決的問題是：

(1)設(shè)計(jì)的等離子體發(fā)生裝置需結(jié)合于激波管，并且不影響實(shí)驗(yàn)中的激波流動(dòng)。

(2)等離子體發(fā)生裝置需要持續(xù)產(chǎn)生等離子體，并且放電產(chǎn)生等離子體的功率需要可以調(diào)節(jié)。

(3)放電對(duì)等離子體生成裝置的某些部位會(huì)有腐蝕效果，因此，等離子體發(fā)生裝置的某些部位需要可以更換。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是在借鑒國內(nèi)外設(shè)計(jì)思想和使用的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種應(yīng)用于激波管的，可靠高效的、產(chǎn)生等離子體功率范圍較寬的，等離子體發(fā)生裝置?？蛇m用于多種實(shí)驗(yàn)工況，具有較強(qiáng)的通用性，提升了等離子體輔助點(diǎn)火研究的實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平，推動(dòng)了等離子體輔助點(diǎn)火的深入研究。

一種應(yīng)用于激波管內(nèi)輔助點(diǎn)火的等離子體發(fā)生裝置，包括了放電單元、壓蓋，以及等離子體電源，其特征在于：

放電單元包括基座(3)、壓塊(4)、堵頭(5)和銅制螺栓(6)組成。堵頭(5)內(nèi)嵌銅網(wǎng)，通過堵頭(5)和基座(3)的空隙伸出纏繞連接銅制螺栓。

基座(3)、壓塊(4)、堵頭(5)的材料為聚四氟乙烯，堵頭中加工有凹槽，用于安裝銅網(wǎng)，銅網(wǎng)通過堵頭與基座之間配合的間隙伸出，在壓塊(4)的腔體內(nèi)與銅制螺栓(6)相連接。

壓蓋包括壓蓋底座(1)與按壓塊(2)組成。壓蓋底座(1)安裝于激波管管體，按壓塊(2)用于按壓放電單元。壓蓋底座(1)與激波管管體之間，壓蓋底座(1)與放電單元之間，以及放電單元與壓塊(2)之間通過密封圈進(jìn)行密封。

等離子體電源部分包括主機(jī)和變壓器，主機(jī)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)等離子體放電功率，變壓器負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)放電峰值電壓和放電頻率；等離子體放電功率范圍為0-3000W，放電峰值電壓為30kV，放電頻率為20kHz。

本發(fā)明的優(yōu)勢是：

(1)設(shè)計(jì)的等離子體發(fā)生裝置安裝于激波管管段，并沒有伸出到激波管內(nèi)部的部分，不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)中的激波流動(dòng)。

(2)產(chǎn)生等離子體的功率可隨著電源放電功率進(jìn)行調(diào)整，并且可以持續(xù)產(chǎn)生等離子體。

(3)當(dāng)放電單元使用一段時(shí)間后，堵頭部位會(huì)被放電所腐蝕，可對(duì)堵頭進(jìn)行替換，可以保持放電的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為放電單元裝配圖及尺寸；

圖2(a)為堵頭結(jié)構(gòu)圖；

圖2(b)為基座結(jié)構(gòu)圖；

圖2(c)為壓塊結(jié)構(gòu)圖；

圖2(d)為銅制螺栓結(jié)構(gòu)圖；

圖3(a)壓蓋底座結(jié)構(gòu)圖；

圖3(b)為按壓塊結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，放電單元由基座(3)，壓塊(4)，堵頭(5)和銅制螺栓(6)組成。基座(3)與堵頭(5)之間的配合存在間隙，目的是預(yù)留銅網(wǎng)從中通過的。壓塊(4)和銅制螺栓(6)之間通過M8的螺紋進(jìn)行連接。銅網(wǎng)在壓塊(4)的腔體內(nèi)與銅制螺栓相連，銅制螺栓上焊接電線，與外部的等離子體電源相連接，因此，開啟等離子體電源時(shí)，放電單元內(nèi)的銅網(wǎng)便透過介質(zhì)層與激波管體進(jìn)行放電。

如圖2(a)所示為堵頭的結(jié)構(gòu)示意圖，堵頭的材料為聚四氟乙烯，堵頭設(shè)計(jì)有槽口用于嵌入銅網(wǎng)。由于放電對(duì)聚四氟乙烯絕緣層會(huì)產(chǎn)生腐蝕效果，因此，當(dāng)使用一段時(shí)間后可將堵頭進(jìn)行更換，以保證放電效果。

如圖2(b)所示為基座的結(jié)構(gòu)圖，基座的材料為聚四氟乙烯。

如圖2(c)所示為壓塊結(jié)構(gòu)圖，壓塊材料為聚四氟乙烯。壓塊內(nèi)部設(shè)計(jì)有空腔，用于放置銅網(wǎng)。頂部開M8的螺紋孔，用于與銅制螺栓進(jìn)行配合。

如圖2(d)所示為銅制螺栓結(jié)構(gòu)圖。銅制螺栓的螺紋為M8，頂部開有用于螺絲刀開啟的槽口。是連接等離子體電源與放電介質(zhì)材料的中介。

如圖3(a)所示為壓蓋底座結(jié)構(gòu)圖。壓蓋底座的材料為鋁合金。壓蓋底座與放電單元進(jìn)行配合，兩者按壓后通過密封圈進(jìn)行密封。壓蓋底座與激波管管體通過螺栓進(jìn)行連接，兩者之間也通過密封圈進(jìn)行密封。

如圖3(b)所示為按壓塊結(jié)構(gòu)圖。按壓塊的材料為鋁合金。按壓塊與壓蓋底座通過螺栓連接，按壓塊與放電單元接觸的部位墊有硅膠密封墊，用以保持設(shè)備的氣密性。