專利名稱：動壓式高能合成射流激勵器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高能射流/噴流發(fā)生裝置，尤其是一種利用高速來流動能快速 增填激勵介質(zhì)的動壓式高能合成射流激勵器。
背景技術(shù)：
早期的高能合成射流激勵器是由美國霍普金斯大學應用物理實驗室2003年提出 的一種等離子體合成射流激勵器。該激勵器由一個帶有出口的殼體及其陽極和陰極構(gòu) 成。其工作周期可分為三個階段第一階段，沉積能量；第二階段，排出射流；第三階 段，吸氣復原。在一個周期內(nèi)通過激勵器出口的氣體質(zhì)量通量為0，動量通量不為0， 形成的合成射流具有高速特性，這就使得利用等離子體合成射流激勵器對高速流動介質(zhì) 實施控制成為可能。但由于第三階段即吸氣復原階段僅依靠殼體內(nèi)腔的負壓自然吸氣， 因此，吸氣量較小，而且嚴重依賴激勵器工作環(huán)境的氣體密度。氣體稀薄時，進氣量驟 減，使合成射流的速度急劇下降，性能大幅降低；同時激勵器殼體冷卻時間較長，使得 吸氣復原階段時間拉長，大大減弱了激勵器的響應速度和工作頻率。此外，由于每一階 段放電殼體內(nèi)的等離子體都不能迅速排出，當殼體內(nèi)腔外部的電路放電頻率較高時，就 會導致腔體內(nèi)連續(xù)放電，以致無法進入吸氣復原階段，從而不能產(chǎn)生射流?？偨Y(jié)起來， 這種激勵器的缺陷可歸納為三點1、氣量小，導致射流的動量通量和能量偏小，控制能力減弱；2、殼體內(nèi)腔自然冷卻時間較長，直接影響吸氣復原過程，使激勵器的工作頻率 受限，另外，高頻工作時，腔體內(nèi)殘余離子濃度偏高形成連續(xù)放電，也限制了激勵器的 工作頻率，這樣就導致了復原時間過長；3、工作環(huán)境氣壓與密度偏低，使得殼體內(nèi)腔進氣量不足，不能有效形成射流， 從而導致稀薄氣體環(huán)境下無法工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種能夠有效適 應稀薄大氣環(huán)境，響應速度快，復原時間短，流量大的動壓式高能合成射流激勵器。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，所提供的動壓式高能合成射流激勵器，參見圖1 2，具有殼體3。其技術(shù)特點在于，所述殼體3的上底面開有一個動壓進口 10和一個射流 出口 2。所述殼體3的內(nèi)腔1內(nèi)軸向一端設有帶第一腳線5的陽極6;該內(nèi)腔1內(nèi)軸向設 置陽極6 —端的另一端設有帶第二腳線8的陰極7。所述第一腳線5同軸線置于所述陽 極6的外側(cè)；所述第二腳線8亦同軸線置于所述陰極7的外側(cè)。所述陽極6外側(cè)的第一 腳線5上同軸線裝有可通過旋轉(zhuǎn)帶動陽極6在所述內(nèi)腔1內(nèi)沿軸線自由往復滑動的第一螺 母4;同樣，所述陰極7外側(cè)的第二腳線8上同軸線裝有可通過旋轉(zhuǎn)帶動陰極7在所述內(nèi) 腔1內(nèi)沿軸線自由往復滑動的第二螺母9。故可由此通過依次旋轉(zhuǎn)上述第一螺母4、第二 螺母9帶動陽極6、陰極7作相向或反向滑動，以改變殼體3的內(nèi)腔1的容量大小，借以適應激勵器的不同工況。上述與第一螺母4同軸線相接的第一腳線5和與第二螺母9同 軸線相接的第二腳線8分別用于連接外供電源。上述射流出口 2可以是圓柱形，也可以 是收縮式噴管形，還可以是收縮-擴張式拉法爾噴管形；而上述動壓進口 10可以是埋入 式橢圓形或凸起式橢圓形，也可以是直通型橢圓形或收縮型橢圓形。本發(fā)明的工作原理是，利用外部高速來流所具有的動能迅速增填上述結(jié)構(gòu)的動 壓式高能合成射流激勵器的腔體內(nèi)介質(zhì)，使本激勵器的腔體內(nèi)的介質(zhì)快速稠密化。本激 勵器的工作周期亦分為三個階段。本激勵器在第一階段即動壓增填階段，通過外部高速 來流所具有的高動能，對其動壓進口 10附近的流體產(chǎn)生壓縮作用，形成一股進氣流并使 腔體1內(nèi)的稀薄空氣快速稠密化，提高腔體1的充填速率和工作效率；在第二階段即能量 沉積階段，通過陽極6與陰極7之間火花放電產(chǎn)生的熱量，迅速加熱腔體1中的氣體，使 腔體1內(nèi)的氣體急劇增溫增壓，導致腔內(nèi)氣體能量顯著增加，從而為高能射流的形成儲 備能量；在第三階段即射流排出階段，外部高速來流在動壓進口 10附近產(chǎn)生局部高壓， 使動壓進口 10成為氣體單向進入通道，大流量高溫高壓氣體在射流出口 2處高速噴出， 形成高能合成射流。此時腔內(nèi)壓強和溫度降低，迅速進入下一個動壓增填階段，開始下 一個工作周期。本發(fā)明的有益效果是1)充分利用高速流動環(huán)境動壓對激勵器腔體進行增壓，使激勵器腔體大氣稠密 化，解決了稀薄氣體環(huán)境下現(xiàn)有合成射流激勵器無法工作的問題，同時還大幅提高了合 成射流量，解決了現(xiàn)有合成射流激勵器射流流量偏小、復原時間偏長的問題；2)與負壓自然吸氣方式相比，本發(fā)明的充填激勵器腔體的動壓進氣方式所需時 間大大縮短，冷卻激勵器腔體所需的時間也大大縮短，從而大幅度提高了工作頻率和響 應速度；3)充分利用外部高速流動壓來排出每一次射流排出腔體后殘存于腔體內(nèi)的等離 子體，使激勵器腔體內(nèi)的放電呈脈沖形式而不是連續(xù)形式，有效地提高了激勵器的工作
頻率；4)無需設置流體供應系統(tǒng)和閥門，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低、控制元件 集成易于批量生產(chǎn)的特點。


圖1是本發(fā)明動壓式高能合成射流激勵器一個具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示動壓式高能合成射流激勵器的外形結(jié)構(gòu)示意圖。以上圖1 2中的標示為1-內(nèi)腔，2-射流出口，3-殼體，4-第一螺母，5-第一腳線，6-陽極，7-陰極，
8-第二腳線，9-第二螺母，10-動壓進口。
具體實施例方式參見附圖1 2，本發(fā)明動壓式高能合成射流激勵器的該實施例，為加快殼體的 冷卻速度，取材機械加工特性和絕緣特性俱佳的，其厚度為2mm的玻璃陶瓷板型材，或 導熱系數(shù)較大的，其厚度為2mm的氮化硼板型材制作殼體3。殼體3呈長方體形狀，尺 寸為60X IOX 10mm3。殼體3如圖1所示其上底面軸向兩側(cè)開設動壓進口 10和射流出口 2。其中的動壓進口 10，為了增加進氣流的流量，做成呈凸起狀的橢圓孔形，與外部高速 來流反向，以便高效利用來流之動壓增加可捕獲的流量；而射流出口 2則呈圓孔形，為 了提高射流速度，可以將其做成截面呈喇叭狀的收縮式噴管形或收縮-擴張式拉法爾噴 管形。殼體3的內(nèi)腔1的軸向一端設帶第一腳線5的陽極6，設置陽極6 —端的另一端 設有帶第二腳線8的陰極7。其中陽極6取材黃銅制作，陰極7取材石墨制作，呈圓錐 形，以降低對擊穿電壓的要求，減小所需外部電源的功率和體積。第一腳線5同軸線置 于陽極6外側(cè)；第二腳線8同軸線置于陰極7外側(cè)。陽極6外側(cè)的第一腳線5上同軸線 安裝可通過旋轉(zhuǎn)帶動陽極6在內(nèi)腔1內(nèi)沿軸線自由往復滑動的第一螺母4;陰極7外側(cè)的 第二腳線8上同軸線安裝可通過旋轉(zhuǎn)帶動陰極7在所述內(nèi)腔1內(nèi)沿軸線自由往復滑動的第 二螺母9。使第一螺母4旋轉(zhuǎn)時可帶動陽極6相對陰極7作相向或反向滑動以改變殼體3 的內(nèi)腔1的容量大?。煌瑯樱诙菽?旋轉(zhuǎn)時亦可帶動陰極7相對陽極6作相向或反向 滑動同樣改變殼體3的內(nèi)腔1的容量大小，從而借以適應激勵器的不同工況。與第一螺 母4同軸線相接的第一腳線5和與第二螺母9同軸線相接的第二腳線8分別可用于連接外供電源。由此構(gòu)成的本發(fā)明的動壓式高能合成射流激勵器經(jīng)試制試用被證明效果顯著， 達到了設計要求。該動壓式高能合成射流激勵器試用記錄記載，當激勵器工作時，依靠 外部高速來流的動壓，壓縮動壓進口 10附近的流體，產(chǎn)生局部高壓。在動壓增填階段， 依靠動壓進口 10附近的局部高壓，使更多的流體以更快的速率進入激勵器的腔體1內(nèi)， 增大腔體中的氣體密度和壓強；在能量沉積階段，由于腔體1內(nèi)氣體壓強的升高，電極 間放電產(chǎn)生的熱量具有更高的向氣體內(nèi)能的轉(zhuǎn)化效率，使腔內(nèi)氣體的溫度更高、壓強更 大，進而可在射流噴出階段形成能量和頻率更高的合成射流。而具備這種高能量、高頻 率合成射流的本發(fā)明除了可作為一種高能射流激勵器使用，還可以作為一種可提供推力 或姿態(tài)控制力的小型推力器使用。
權(quán)利要求
1.一種動壓式高能合成射流激勵器，具有殼體(3)，其特征在于，所述殼體(3)的上 底面開有一個動壓進口(10)和一個射流出口(2)，所述殼體(3)的內(nèi)腔(1)內(nèi)軸向一端設 有帶第一腳線(5)的陽極(6)；該內(nèi)腔(1)內(nèi)軸向設置陽極(6) —端的另一端設有帶第二 腳線⑶的陰極(7)，所述第一腳線(5)同軸線置于所述陽極(6)的外側(cè)；所述第二腳線 (8)亦同軸線置于所述陰極(7)的外側(cè)，所述陽極(6)外側(cè)的第一腳線(5)上同軸線裝有 可通過旋轉(zhuǎn)帶動陽極(6)在所述內(nèi)腔(1)內(nèi)沿軸線自由往復滑動的第一螺母(4)；同樣， 所述陰極(7)外側(cè)的第二腳線(8)上同軸線裝有可通過旋轉(zhuǎn)帶動陰極(7)在所述內(nèi)腔(1) 內(nèi)沿軸線自由往復滑動的第二螺母(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動壓式高能合成射流激勵器，其特征在于，所述射流出口 (2)是圓孔形或收縮式噴管形或收縮-擴張式拉法爾噴管形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動壓式高能合成射流激勵器，其特征在于，所述動壓進口 (10)是埋入式橢圓形或凸起式橢圓形或直通型橢圓形或收縮型橢圓形。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種動壓式高能合成射流激勵器，其殼體(3)上底面開有動壓進口(10)和射流出口(2)。殼體(3)的內(nèi)腔(1)內(nèi)設有陽極(6)和陰極(7)。陽極(6)上裝有可通過旋轉(zhuǎn)帶動其在內(nèi)腔(1)內(nèi)滑動的第一螺母(4)；陰極(7)上裝有可通過旋轉(zhuǎn)帶動其在內(nèi)腔(1)內(nèi)滑動的第二螺母(9)。該激勵器利用高速流動環(huán)境動壓增壓，使合成射流量、工作頻率和響應速度大幅提高而所需時間縮短，且無需設置流體供應系統(tǒng)和閥門，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低、控制元件集成易于批量生產(chǎn)的特點。
文檔編號H05H1/30GK102014567SQ201010502479
公開日2011年4月13日 申請日期2010年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月11日
發(fā)明者夏智勛, 王林, 王登攀, 羅振兵, 胡建新 申請人:中國人民解放軍國防科學技術(shù)大學