大气压放电等离子体MHD流动控制中相关科学与技术问题研究

The technology of discharge plasma magnetohydrodynamic (MHD) flow control has latent application on the engine of hypersonic vehicle and corresponding studies are popular at present. Preliminary study works had already confirmed that MHD could implement effective control to the airflow with Ma=3-5, but the experimental conditions did not correspond to the practical working conditions for hypersonic vehicles, and the studies about the corresponding scientific problems were few. The main technology connotation for MHD airflow control is the production and stabilization of large volume uniform atmospheric pressure discharge plasma in the conditions of high speed airflow and strong magnetic field, and the corresponding scientific issues are the interactions and coupling between discharge plasma and high speed airflow dynamic field and the influence of strong magnetic field on the characteristics of atmospheric pressure discharge. According to the above-mentioned problems, the project will mainly study: (1) the interactions and coupling between high speed airflow dynamic field and dischrage plasma, (2) the influence of strong magnetic field on the characteristics of atmospheric pressure discharge. Based on the studies of (1) and (2), the project will pay more attention to the technology of the production and stabilization of large volume uniform atmospheric pressure discharge plasma in the conditions of high speed airflow and strong magnetic field. Through the study, the relevant theoretical and technological systems will be established, and the achievement will provide theoretical and technological supports to discharge plasma MHD airflow control.

放电等离子体MHD流动控制技术在高超飞行超然冲压发动机流动控制中具有潜在应用价值，是当前的一个研究热点。前期的研究工作已经证实MHD可以对马赫数3-5的气流进行有效的流动控制，但研究并没有针对高超飞行的实际工况展开，对其中的基础性科学问题的研究更是鲜有报道。MHD流动控制的主要技术内涵是空气大气压高速流动与强磁场环境下的大体积均匀放电等离子体的产生与稳定，其中的科学问题是放电等离子体与高速气流动力场之间的相互作用与耦合以及强电磁场对大气压放电的影响。本项目拟针对上述情况，(1) 研究高速流动力场与放电等离子体相互影响与耦合及其内在机理，(2) 研究强磁场对高速流动环境下大气压放电等离子体的影响及其内在本质，在此基础上，(3) 重点研究并形成大气压高速流动与强磁场环境下的大体积均匀放电等离子体的产生与稳定技术，形成相应的理论与技术体系，为放电等离子体MHD流动控制提供理论与技术支撑。

大气压放电等离子体MHD流动控制技术在高超声速飞行器超燃冲压发动机流动控制中具有潜在的应用价值，是当前的一项研究热点。实现MHD流动控制的关键是掌握放电等离子体与气流及磁场的相互作用规律。本项目采用大气压介质阻挡放电形式开展了等离子体与气流场及强磁场的相互作用研究，主要研究内容包括：（1）气流对空气大气压介质阻挡放电的影响；（2）磁场对空气大气压介质阻挡放电的影响；（3）气流与强磁场共同作用对大气压介质阻挡放电的影响；（4）大气压大体积均匀稳定放电模式探索。通过项目研究，取得主要研究成果如下：（a）实现了绝对意义上的空气大气压大体积均匀稳定放电模式，这一结果将在材料表面改性、废气处理等方面具有潜在的应用价值。（b）掌握了从0到1Ma的不同速度气流场对介质阻挡体放电等离子体均匀性的影响规律，并分析了其物理原理，为实现高速空气流场中大体积均匀放电提供了经验及理论支持。（b）掌握了特斯拉级别强磁场对放电均匀性的影响规律与内在机理，从而使我们得到了一种改善空气放电均匀性并提高效率的有效方法，为空气放电等离子体应用提供了一种新的技术与途径.（d）在阻抗匹配合适的情况下，即使没有气流，我们也获得了比较均匀稳定的空气放电等离子体，这对于将来空气放电的各种应用提供了良好的条件。