三电极等离子体合成射流激励器工作特性参数影响实验

采用放电测量和光学诊断技术对三电极等离子体合成射流激励器放电特性及流场特性进行了实验研究,分析了放电电容、激励器腔体体积和射流出口直径对三电极等离子体合成射流流场分布及速度特性的影响.实验结果表明:三电极等离子体合成射流激励器放电过程包含触发、放电增强、放电衰减和电弧熄灭4个阶段,表现出典型的欠阻尼放电特征;等离子体合成射流流场包含射流主流、"前驱激波"和复杂的反射波系.放电电容、腔体体积和射流出口直径均存在一阈值,当电容和出口直径小于阈值、腔体体积大于阈值时,"前驱激波"以当地声速（约345 m/s）恒速传播,否则"前驱激波"则以大于345 m/s的速度传播,且与射流速度呈现相同的变化趋势,即随着放电电容和出口直径的增加而增大,随着腔体体积的增加而减小.      

纳秒脉冲等离子体合成射流激励器的流场特性分析

采用一台高重频、快上升沿纳秒脉冲电源作为激励源,对典型的双电极合成射流激励器进行放电,通过粒子图像测速法（particle image velocimetry,PIV）测量放电实验中激励器稳定流场特性以及发展速度.分析实验结果发现,随着重复频率的提高,合成射流的平均发展速度也随之增大,1 kHz时的平均速度最高达到28.28 m/s,并在单脉冲能量远低于微秒脉冲的情况下,实现了更快的稳态流场控制,表明高重复频率下,更多次数的脉冲放电可提高激励总能量,有效地弥补纳秒脉冲单脉冲输出能量不足的缺点.而且频率越高,流场发展速度越快,说明高重频工作模式会对输出总能量有补偿作用.      

两电极等离子体合成射流激励器工作特性研究

采用放电测量和高速阴影技术对两电极等离子体合成射流激励器工作特性进行了系统实验研究.实验表明:激励器工作击穿电压和放电峰值电流随激励器所处环境压强的降低和放电频率的增大而减小,激励器腔体内的放电过程为火花电弧放电.典型的等离子体合成射流流场包含有一道前驱激波和一股呈蘑菇状的高速射流.在整个射流发展过程中,前驱激波以当地声速恒速传播,不随激励器条件的改变而变化,波的强度则随着激励器出口直径的减小、腔体体积的增大、环境压强的降低和放电频率的升高而减小.激励器腔体体积和放电频率的增加会降低腔内气体的加热效果,并减小射流速度.激励器出口直径和环境压强对射流速度的影响按规律变化且存在最佳值.本文实各验条件下激励器都产生了明显的前驱激波和高速射流,具有实现高速流场主动流动控制的应用潜能.     

等离子体激励器在航空航天工程中的应用前景

文章基于等离子体的Joule加热、静电力、Hall效应以及Lorentz加速度等固有特性,对等离子体在航空航天领域（不包括电推进和飞行器再入热防护方面）中的应用进行总结及评估.等离子体激励器在亚声速流到高超声速流的整个空气动力学领域及稀薄流领域,得到了广泛的应用.真正引人瞩目的是,与所控制的流场相比,应用中所加入的电磁力或能量仅仅与其扰动水平相当.因此,有效的流动控制往往就限制在像流动分离、流体动力学不稳定性、动态失速和涡破碎等动力学分岔问题中.有效的控制应用通常是利用有黏-无黏流相互作用的放大效应、外部磁场或微波能量的加入等来增强其控制效果.最后文章根据这些评估,对未来学科前沿提出了几点基础创新研究方向的建议.      

等离子体气动激励器布局对放电特性与加速效果的影响

在常规大气环境下,对常规、半圆和锯齿三种不同布局的等离子体气动激励器的放电特性与加速效果进行了实验研究,对不同激励参数下的频率与放电电压和频率与放电电流以及等离子体气动激励器诱导的边界层速度进行了测量。实验结果表明：当等离子气动激励器基本设计参数相同时,布局形式的改变使得放电电压和放电电流参数值发生变化,但其谐振频率保持不变,诱导气流速度则相应的发生改变;实验中还发现,半圆、锯齿等离子体气动激励器放电时离子流对绝缘材料有很强的破坏作用。     

等离子体激励器的静特性与高速特性仿真研究

将实验测得的电弧放电能量分布规律拟合为理想热源,采用数值仿真方法对一种高频等离子体射流激励器进行参数化研究,探索了激励器出口角度对激励器静特性的影响,并获得了在超声速来流(Ma0=2.0)情况下射流激励器的高速特性。结果显示:当射流出口流通面积相同时射流出口角度越小,激励器沿流向的动量注入能力越强,并且这一规律在高速射流条件的情况下仍然适用。相比静止条件,在超声速来流条件下,射流的动量注入能力更强,影响域更大。     

等离子体合成射流能量效率及工作特性研究

基于等离子体激励器工作过程中气体放电的焦耳加热作用, 并结合局部热力学平衡等离子体物理假设, 开展了等离子体合成射流三维唯象数值研究, 获得了完整工作周期内等离子体合成射流流场发展演变过程. 研究结果表明, 单次能量沉积建立的自维持周期性射流中存在有实现激励器腔体"充分" 回填的最大脉冲工作频率––饱和频率. 大的能量沉积、小的激励器出口直径和相同腔体体积下大的径高比都可以产生速度更高的射流, 而射流速度的提高会伴随有饱和频率的降低. 一个饱和周期内, 最多约有16%的初始腔内气体喷出, 吸气复原仅能实现初始腔体质量90%左右的回填.一个大气压条件下, 容性电源供能的等离子体合成射流激励器电能向气体热能和射流动能的转化效率分别约为5%和1.6%. 关键词： 等离子体激励器 合成射流 能量效率 饱和频率     

电弧射流激励器工作特性仿真研究

为了在高超声速飞行器减阻中达到更好的减阻效果,设计了一种电弧射流等离子体激励器。采用有限元法求解非线性多物理方程,对此电弧射流等离子体激励器的工作特性进行了数值模拟,得到了激励器内部的电势、压力、温度和速度分布,综合分析了进气口气体速度、放电电流、激励器管道半径对电势、压力、温度和速度分布的影响。获得了全面的影响规律,通过仿真结果还得到:电弧射流等离子体激励器可产生最高温度为8638 K、最高速度为655 m/s的等离子体射流。当电流20 A,进气速度0.5 m/s,管道半径2.5 mm时,所需功率最小;当电流20 A,入口气体流速5 m/s,管道半径2.5 mm时,出口处平均温度最高;当电流20 A,进口气体速度10 m/s,管道半径2.5 mm时,出口处平均速度最大。并对仿真得到的放电电压进行了实验验证,在等离子体参数相似的情况下,实验结果与仿真结果吻合较好。     

合成双射流激励器振动噪声特性

合成双射流激励器工作噪声远低于合成射流激励器工作噪声, 但其噪声特性仍然限制了其应用于笔记本电脑、空调、冰箱等室内电子设备散热. 为降低合成双射流激励器整体噪声, 采用数值模拟的手段探究合成双射流激励器在不同边界条件下的振动噪声特性, 为合成双射流激励器降噪设计提供指导. 结果表明: 压电振子与壳体的振动共同影响着激励器振动噪声声压级大小; 夹持条件对振动噪声影响很大, 压电振子处于夹支条件时, 激励器的振动噪声声压级比压电振子处于简支时的激励器最大声压级低10 dB.      

高密度光学头中力矩器的运动串扰分析与抑制

力矩器多维运动之间的串扰是影响其动态特性和光斑质量的关键因素。建立了力矩器的空间受力分布模型,提出了聚焦、循迹、倾斜三个方向串扰度的概念,用数值方法计算并分析了力矩器的运动串扰现象,得到了串扰度与力矩器结构参数的关系。分析结果表明,串扰度与永磁铁和聚焦线圈的结构参数密切相关,合理选择结构参数可有效降低串扰度,可提高力矩器的动态性能。     

激光等离子体闪光高速摄影法实验研究

 通过对激光等离子体进行诊断,可以获取激光等离子体重要的参数和演变规律。使用高速CCD对激光等离子体闪光进行拍摄,研究了不同激光能量下激光诱导空气击穿产生的等离子体的形状、大小、颜色以及激光等离子的发展变化特性。实验表明：等离子体在空间上呈发光液滴状,且逆着激光束的方向膨胀。随着激光能量的增大,等离子体在水平方向和竖直方向的尺寸逐渐增大,增大趋势逐步变小。     

Optical characterization of high speed microscanners based on static slit profiling method

Optical characterization of high-speed microscanners is a challenging task that usually requires special high speed, extremely expensive camera systems. This paper presents a novel simple method to characterize the scanned beam spot profile and size in high-speed optical scanners under operation. It allows measuring the beam profile and the spot sizes at different scanning angles. The method is analyzed theoretically and applied experimentally on the characterization of a Micro Electro Mechanical MEMS scanner operating at 2.6 kHz. The variation of the spot size versus the scanning angle, up to ±15°, is extracted and the dynamic bending curvature effect of the micromirror is predicted.     

高速桥梁瓶颈模型属性的研究

针对现实中桥梁形成的交通流瓶颈，建立了一个基于元胞自动机交通流桥梁瓶颈模型. 在周期性边界条件下，将系统的状态分成六“相”，利用平均场理论和决定性NS模型的结果，得到每条车道上的密度关系. 分析的理论值与计算机数值模拟结果符合得很好. 关键词： 元胞自动机模型 桥梁瓶颈 决定性NS模型 选择概率     

高速气流中传声器探管声学特性的实验研究

本文通过气流马赫数M=0~0.8风速下的研究了在高速气流中进行声学测量用的开缝式传声器探管的声学特性。结果表明,探管缝口覆盖材料的声流阻对探管的声学特性影响很大;在探管内放入一根吸声内管可以改善探管的声学特性,另外指出,探管的静、动态标定对于气流中声学测量结果的修正具有重要意义。     

对称等离子体激励器系统电场仿真研究

采用电磁场数值计算的时域有限差分法，对用于产生等离子体的对称结构激励器系统进行了电场仿真，并对等离子体流动控制机理进行了分析.得出了与理论分析一致的用于蠕动加速的对称等离子体激励器的电场分布.这对于提高蠕动加速速度和激励器的结构优化具有一定的意义. 关键词： 蠕动加速 等离子体 时域有限差分 电流体动力     

Discharge characteristic of very high frequency capacitively coupled argon plasma

The discharge characteristics of capacitively coupled argon plasmas driven by very high frequency discharge are studied. The mean electron temperature and electron density are calculated by using the Ar spectral lines at different values of power(20 W–70 W) and four different frequencies(13.56 MHz, 40.68 MHz, 94.92 MHz, and 100 MHz). The mean electron temperature decreases with the increase of power at a fixed frequency. The mean electron temperature varies nonlinearly with frequency increasing at constant power. At 40.68 MHz, the mean electron temperature is the largest. The electron density increases with the increase of power at a fixed frequency. In the cases of driving frequencies of 94.92 MHz and 100 MHz, the obtained electron temperatures are almost the same, so are the electron densities. Particle-in-cell/MonteCarlo collision(PIC/MCC) method developed within the Vsim 8.0 simulation package is used to simulate the electron density, the potential distribution, and the electron energy probability function(EEPF) under the experimental condition.The sheath width increases with the power increasing. The EEPF of 13.56 MHz and 40.68 MHz are both bi-Maxwellian with a large population of low-energy electrons. The EEPF of 94.92 MHz and 100 MHz are almost the same and both are nearly Maxwellian.     

Structuring of a plasma shell expanding into a magnetized plasma atsub-Alfvenic speed

The structuring of plasma shells expanding into a magnetized plasma at velocities less than the Alfven speed is considered. The structuring phenomenon is studied with hybrid simulations. The hybrid simulations are conducted for two characteristic parameter sets: one set representative of magnetized ion experiments and one set representative of unmagnetized ion experiment. A complementary theoretical study of structuring instabilities using nonlocal, two fluid theory is discussed. Under the conditions representative of the laser-target experiments, the simulation observed structuring with azimuthal wavelengths similar to those observed in the experiment. Fluid theory, on the other hand, predicts that the most rapidly growing azimuthal modes are much shorter than observations, a result consistent with previous theoretical analyses