重复频率纳秒脉冲微腔放电能量沉积特性

摘要

脉冲等离子体合成射流是基于脉冲微腔火花放电的一种流动控制技术,在跨、超音速流动控制领域具有广阔的应用前景.本文以同轴结构针-板电极微腔放电为研究对象,通过对重复频率纳秒脉冲作用下等离子体激励器内微腔火花放电电压、电流波形进行测量,并结合等效电路模型分析,获得了纳秒脉冲微腔火花放电能量沉积过程曲线.本文研究了脉冲电压幅值、电压极性、重复频率以及针板电极电极间距对放电沉积能量特性的影响.研究发现,放电沉积能量随施加电压幅值的提高非线性增加,随重复频率增加大致呈现单调下降趋势,且其下降趋势呈现近似对数衰减规律.但随着电极间距减小,重复频率约在30Hz-50Hz范围内时,放电沉积能量会出现极值区域,并针对这一现象,进行了理论分析.分析认为,在特定间隙距离下的频率极值现象是由重复频率放电产生的残余空间电荷畸变电场从而对阴极产生屏蔽作用造成的.在此基础上,借助纹影测量对纳秒脉冲等离子体合成射流喷射特性进行了研究.结果表明:在放电沉积能量的极值区间即重复频率约30Hz时,等离子体合成射流头部涡环喷射速度可达194m/s,具有较高的气动激励强度.