等离子体射流预电离高压脉冲DBD放电产生高密度等离子体及其在气体流场控制中的研究

采用放电等离子体进行气流控制被证明是一种非常有效的手段。通常的沿面DBD放电可以对30m/s以下的气流进行有效控制，而针对高速气流，可以采用纳秒脉冲放电与电场波加速来实现，但这些技术的研究还不是很深入，其中的作用机理也不是很清楚，所以有必要针对上述问题开展进一步的基础性与技术性的研究工作。本项目采用低温等离子体射流注入高压脉冲DBD产生高密度等离子体，并研究其在高速气流控制中的应用。重点研究等离子体射流预电离高压脉冲放电产生高速气流控制所需要的高密度等离子体的物理机理，在此基础上形成均匀稳定的放电模式并产生大面积高密度等离子体；研究高密度等离子体在气体加速与高速气体流场控制中的作用机理与实际效果。在此基础上优化放电等离子体的运行参数与放电结构，最终形成一种有效的低温等离子体高速气流控制技术，为等离子体的基础物理研究与实际应用研究做出应有的贡献。

大气压放电等离子体流动控制具有响应速度快、冲量大、控制频谱范围宽等优点，所以具有一定的实际应用价值。本项目采用大气压沿面介质阻挡放电（SDBD）形式开展等离子体流动控制研究，主要研究内容包括：（1）研究放电电极结构对流动控制执行能力的影响及其中的物理机理；（2）研究直流（DC）偏置电压对SDBD放电特性的影响以及对流动控制效果的影响；（3）研究交流（AC）与脉冲（pulse）协同放电等离子体的物理特性以及协同放电等离子体的流动控制执行能力及其中的物理机理。通过项目研究，取得以下研究成果：（1）自行设计研制一套实时大气压SDBD等离子体介质表面电荷积累产生电势测量装置；(2) 采用多种电极结构进行对比研究，发现暴露电极曲率半径越大，放电等离子体越强，介质表面电势也越低，放电等离子体流动控制效果越好。 通过改变暴露电极高度，优化空间电场分布，提高氧负离子的利用率，降低扰动气流与介质表面的摩擦阻力，从而提高SDBD等离子体流动控制的执行能力。 改变封装电极宽度，可以显著改变放电等离子体强度与空间分布，发现有一最佳封装电极宽度，此时放电强度与等离子体空间分布都处于稳定状态，介质表面电势随着封装电极长度增加而增加，最后也趋于稳定，此时流动控制能力达到饱和。(3) 采用AC+DC协同放电，利用AC放电产生等离子体，利用DC电场提高放电等离子体离子利用效率，提高大气压SDBD等离子体流动控制的执行能力与能量效率。其主要机理在于DC电场可以加速远离放电等离子体区的氧负离子，从而提高了流动控制的执行能力；(4) 采用AC与Pulse协同放电，发现正Pulse施加可以有效提高等离子体密度并增强SDBD等离子体流动控制的执行能力，而负脉冲对流动控制能力影响不大。其中的物理机理在于正Pulse放电类似于向AC放电等离子体注入功率，使得AC正半周放电得到增强，从而提高了SDBD等离子体流动控制的执行能力。