微孔介质阻挡沿面放电等离子体及其流动控制特性研究

Due to the properties of fast respond speed, wide motivation frequency band, can be controlled real-time and without excessive mechanical devices, discharge plasma airflow control has become the hot research item in the past 20 years worldwide. For plasma airflow control at subsonic speed, alternating current surface dielectric barrier discharge at intermediate frequency had been used mostly. However, the activated airflow speed always cannot reach 30 m/s, at which the technology just has the practical value. Based on the features of microporous dielectric barrier discharge, the technology of microporous dielectric barrier surface discharge (MDBSD) has been proposed and will be used in airflow control in this project. The characteristics of electricity and physics of the MDBSD will be studied, such as breakdown, load, discharge intensity, power coupling, discharge mode, charge accumulation on the dielectric surface, spatial electric field, the spatial distribution homogeneity of discharge plasma and so on. The research emphasis will be the relevant physics mechanism, discharge stability and discharge uniformity. Based on Schlieren visualization, the measurements of the activated airflow speed and caused thrust force, the properties of airflow control by MDBSD will be studied in detail. The emphasis will be put on the studies of airflow control mechanism, energy efficiency and airflow control capacity.

放电等离子体流动控制由于反应速度快、激励频带宽、容易实施实时控制、没有格外的机械装置而成为近20年左右国际性热门研究课题。针对亚声速等离子体流动控制，目前普遍采用的办法是中频交流沿面介质阻挡放电技术，但目前国内外所有的研究成果都难以达到实际应用需求的30 m/s的扰动气流水平。本项目根据微孔介质阻挡放电特性，形成微孔介质阻挡沿面放电技术，并将其应用到流动控制中。研究微孔介质阻挡沿面放电等离子体的电学与物理特性，如击穿特性、负载特性、放电强度、功率耦合、放电模式、介质层表面电荷积累特性、放电等离子体空间电场、放电等离子体空间分布均匀性等，重点分析研究其中放电机理、放电稳定性与均匀性。通过纹影、扰动气流速度、扰动气流产生的推力等测量与诊断技术，详细研究微孔介质阻挡沿面放电等离子体的流动控制特性，重点研究其流动控制机理、能量效率、流动控制能力等。

大气压沿面介质阻挡放电等离子体可以诱导壁面离子风，通过电流体效应在亚音速流动控制方面具有潜在应用前景，其具有易贴合气动曲面，安装方便、响应快、控制频谱范围宽等优点，近二十年来已成为一个研究热点，但是激励器诱导产生的离子风速低，无法达到实际工程应用的层面。本项目拟采用微孔介质的创新方案，发展一种新型激励器，突破现有瓶颈。项目研究过程中设计并委托加工了了从20um到80um之间不同孔径的微孔介质板材，采用不同的微孔排列方式以及不同的微孔与电极的相对位置，制作了多套微孔介质阻挡激励器，详细研究了微孔沿面放电等离子体激励器的放电特性及流动控制特性，研究发现在特定条件下流动控制性方面能取得了小幅度的性能提升。但是现阶段尚无成熟的商业化低成本微孔加工方案，受限于实验室微孔加工高昂的时间及经济成本，本项目无法开展更为广泛的探索性研究，到目前为止在介质阻挡沿面放电方面仍未取得突破性的成果。项目后期改变了研究方向，重点研究了微孔对纳秒脉冲体DBD放电的影响，发现微孔处可以产生较强的放电，对周围丝状放电进行扰动，进而可以促使大范围均匀放电的产生。