[发明专利]一种基于表面磁控电弧放电的进气道激波控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体、磁流体技术领域，具体涉及一种基于表面磁控电弧放电的进气道激波控制装置及方法。

背景技术

超燃冲压发动机是高超声速飞行器的核心技术，有着巨大的军事价值和潜在的经济价值，而高超声速进气道是超燃冲压发动机的关键部件之一。高超声速进气道通常针对某一固定马赫数设计，当飞行马赫数大于设计马赫数时，激波将进入进气道内部，形成反射激波并与边界层相互作用而引起边界层分离，使进气道性能急剧下降，甚至引发进气道喘振、不启动。

目前进气道流动控制一般采用机械变几何与气动变几何流动控制的方式，能够对进气道激波系和内收缩比进行调节从而改善进气道在非设计马赫数下的工作性能，但随着飞行速度向更高马赫数迈进，其存在附加质量增加、结构复杂、可靠性下降等问题更加突出。等离子体、磁流体(MHD)流动控制技术是一种新概念主动流动控制技术，通过气体放电引起的压力、温度变化对流场施加可控扰动，以及电磁场与导电流体之间相互作用控制流动特性。与传统进气道流动控制相比较，其具有无运动部件、快速响应、激励频带宽等特点。

针对不同控制方式与机理，可以将进气道激波控制分为大尺寸MHD流动控制、基于表面等离子体的边界层流动控制两类。受制于非平衡电离技术与强磁场产生技术的发展，对于大尺寸进气道MHD流动控制，由于其低电导率与低磁场，以及高流动速度将导致作用数较低S＝σB²L/ρu，控制效果变差。相比较而言，基于表面等离子体的边界层流动控制无需电离大体积气体，并且边界层内气流速度与密度较低，因此具有更好的控制效果。但放电等离子体会随气流向下游移动，当移动距离突破了外加电压所能维持的极限距离时，将导致放电熄灭，然后重新形成等离子体，所以无法实施连续控制，其频率与脉宽与等离子体源的特性和流场条件有关。

发明内容

本发明针对现有高超声速进气道流动控制技术的缺点与不足，提出了一种基于表面磁控电弧放电的进气道激波控制装置及方法，以改善高超声速进气道在高于设计马赫数时的工作性能。

本发明的技术方案为：

所述一种基于表面磁控电弧放电的进气道激波控制装置，其特征在于：包括放电电极和永磁体；

所述放电电极为两块电极，安装在进气道头部内，且放电电极朝外露出的端面与进气道头部内壁面平齐；两块电极能够在施加的脉冲击穿电压作用下在进气道内壁面产生电弧放电等离子体，并在低于脉冲击穿电压的直流维持电压作用下维持等离子体；

所述永磁体安装在进气道头部内，永磁体能够产生垂直于电场方向的磁场进而在等离子体上产生逆来流方向的洛伦兹力。

进一步的优选方案，所述一种基于表面磁控电弧放电的进气道激波控制装置，其特征在于：放电电极为圆柱形电极，采用内埋方式安装在进气道头部内，且圆柱一端朝外露出并与进气道头部内壁面平齐。

进一步的优选方案，所述一种基于表面磁控电弧放电的进气道激波控制装置，其特征在于：永磁体一个磁极表面平行于圆柱形放电电极的端面，产生的磁场垂直于圆柱电极端面。

进一步的优选方案，所述一种基于表面磁控电弧放电的进气道激波控制装置，其特征在于：永磁体平行于圆柱形放电电极端面的磁极表面在顺来流方向上完全覆盖圆柱形放电电极的端面；同时在垂直来流方向的进气道展向上完全覆盖两个放电电极。

进一步的优选方案，所述一种基于表面磁控电弧放电的进气道激波控制装置，其特征在于：两块电极分别安装在进气道头部沿进气道展向的边缘位置。

利用上述装置进行基于表面磁控电弧放电的进气道激波控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：在进气道头部内沿进气道展向的两侧边缘位置采用内埋方式各安装一个圆柱形放电电极，且圆柱一端朝外露出并与进气道头部内壁面平齐；

步骤2：在进气道头部内安装永磁体，永磁体一个磁极表面平行于圆柱形放电电极的端面，产生的磁场垂直于圆柱电极端面，；永磁体平行于圆柱形放电电极端面的磁极表面在顺来流方向上完全覆盖圆柱形放电电极的端面，同时在垂直来流方向的进气道展向上完全覆盖两个放电电极；

步骤3：当飞行马赫数大于设计马赫数时，控制放电电极在施加的脉冲击穿电压作用下在进气道内壁面产生电弧放电等离子体，并在低于脉冲击穿电压的直流维持电压作用下维持放电等离子体；通过放电等离子体的热效应增大激波角度，并在磁场作用下产生逆来流方向的洛伦兹力减速气流且约束放电等离子体，使进气道激波交于进气道唇口；通过改变直流维持电压能够实现不同的控制程度。

有益效果