基于常压等离子体的电流体动力学及其控制技术的研究

电流体动力（EHD）等离子体发生器在低速气流控制方面非常有效，已引起越来越多研究者的重视。但这种物理现象的本质以及如何将其应用到高速气流控制中尚需进一步的研究。由于常压等离子体的产生涉及大量的化学反应且受到等离子体发生器结构的影响，只有采用实验加仿真的方法才能还原事件的本质。本项目将通过在大气压下的一系列实验，并建立模型辅以电场计算来寻找常压等离子体产生的电流体动力流加速的机理，研究不同等离子体发生器参数对其性能的影响并通过合理布置电极等方法优化等离子体发生器的结构，解决常压下EHD等离子体发生器的三个关键的难点问题：①EHD等离子体发生器气流加速理论；②EHD等离子体发生器的功率问题；③EHD等离子体发生器产生气流的方向问题。这三个问题的解答将直接关系到EHD等离子体发生器在空气动力学气流控制（加速）方面的应用。项目的完成对推动常压下气流加速的控制及其应用具有重要意义。

基于常压等离子体的电流体动力学控制技术（EHD）不需要机械液压部件，利用部分离子化的气流中的电荷与电场之间的相互作用，将电能转化为空气动能，实现气流的加速，诱导产生旋涡、改变流场能量分布，在飞机起降等空气动力学领域具有极大的发展前景。. 本项目以产生常压等离子体的基本现象为突破口，以实验为基础，结合理论分析及仿真，主要研究了以下4个方面的内容：.首先，为了探讨EHD等离子体发生器气流加速原理，分别对低电极封装和对称结构的等离子体发生器进行了研究，结果表明：低电极封装可有效提高等离子体发生器的效率；而负离子在气流加速中似乎起到推动作用。通过流体扩散方程对大气压下空气沿面型介质阻挡放电数值模拟，研究了放电过程中粒子的浓度变化过程，讨论了放电起始阶段电荷的运动情况，并与实验相对照，分析了实验中放电的不对称问题。 .其次，通过对相同几何参数的等离子体发生器在不同电压不同频率条件下不同位置处的垂直方向上的力分别进行测量，表明:等离子体发生器垂直方向上产生的推力可以忽略不计。. 再次，基于放电机理，建立了沿面型介质阻挡放电的等效电路，为提高等离子体发生器电源的效率，设计了匹配阻抗网络。研究了不同频率下的发生器的阻抗特性，进而采用LR、LCR电路进行阻抗匹配，达到了较好的效果。. 最后，为提高等离子体发生器的效率，以对称、不对称两种放电电极为基础，分析了外加电压幅值、频率、电极宽度、电极间距、介质的相对介电常数等参数对等离子体发生器消耗功率的影响。结果表明：低电极宽度W2对等离子体发生器的影响不大，而电极水平宽度d在2mm时，等离子体发生器的效率最高；等离子体发生器能量消耗随着电压幅值和频率的增加而增大，但气流速度并非随幅值和频率单调变化；等离子体发生器放电处于视觉上较为均匀的阶段时，能量转化效率最高，随着介电常数的增加电流脉冲幅值逐渐变大，放电功率近似线性增加。