高能合成射流激励源及其同步放电研究

• 作 者: 韩磊
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 脉冲电源 等离子体合成射流 同步放电 流动控制

等离子体流动控制作为一种新型的主动流动控制技术在航空航天等领域有着广泛的应用前景，而等离子体合成射流作为等离子体流动控制的一种，因其具有零质量通量特性，射流速度快等优势有着较大的应用价值。多个等离子体合成射流激励器同步运行可以实现更大范围的控制效果，同时大能量、高重频的放电可以产生更长时间更高速的射流。因此，本文针对高能合成射流同步放电应用，研制了两台脉冲电源，并展开了相应的同步放电实验研究。　　本文基于多路激励器并联放电和多个激励器串联放电分别设计了一台微秒脉冲电源和一台纳秒脉冲电源。其中，微秒源采用脉冲压缩原理，文中对电源的主电路结构，脉冲形成原理进行了详细的说明，并利用仿真与计算结合的方法设计了电路参数，搭建并测试了多路平台并完成了电源的装箱。测试结果表明，微秒源可同步输出三路脉冲高压，电压幅值0-10kV可调，重复频率0-1000Hz可调，上升沿为8μs。纳秒源采用开关切断原理，文中选择了大电流的BEHLKE开关，对开关的控制电路、驱动电路进行了系统的说明;搭建了纳秒源电路平台，测试了输出波形最后完成了电源的装箱。测试结果表明，纳秒源可输出20kV，上升沿20ns左右的纳秒电压波形，重复频率可达5kHz。　　分别利用研制的两台电源进行了微秒脉冲、纳秒脉冲激励下单个激励器放电实验研究和多个激励器串联、并联放电实验研究。实验结果表明，微秒脉冲激励下，放电电流最大可达320A，放电持续时间最大为30μs，放电能量在150mJ以上;纳秒脉冲激励下，放电电流可达90A，放电能量可达45mJ。高重频条件下放电稳定，放电通道明亮。同时分析多个激励器串联与并联放电时延表明，微秒源并联放电下延迟约为0.5μs，纳秒源串联放电下延迟约为20ns，均在可接受范围之内，实现了同步放电。最后，利用纹影系统观测了单路和多路射流流场，速度计算表明微秒源激励下由于能量较高，在216mm3腔体体积下，射流速度最高可达210m/s;纳秒源激励相同腔体体积下，由于放电能量较低，射流速度最大为60m/s，同时拍摄的多路流场发展过程具有较高的同步性。