利用电弧放电等离子体激励器调控超音速压气机层流叶型激波/边界层干扰的方法与装置
专利汇可以提供利用电弧放电等离子体激励器调控超音速压气机层流叶型激波/边界层干扰的方法与装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供一种利用 电弧 放电 等离子体 激励器调控超音速 压气机 层流 叶型激波/ 边界层 干扰的装置，包括栅板(1-1)、陶瓷 叶片 (1-2)和/或金属叶片(1-3)、激励器(1-4)、高压脉冲电源(1-5)。还提供一种利用电弧 放电等离子体 激励器调控超音速压气机层流叶型激波/边界层干扰的方法，包括：叶片激波系结构确定；等离子体激励器布局方式设计；激励器/叶片耦合布置；控制性能评估。本 发明 提供的等离子体流动控制装置和方法具有响应时间短、激励频带宽、激励强度大、没有运动部件、结构简单等优点，在压气机内部复杂流动控制上具有非常明显的技术优势。，下面是利用电弧放电等离子体激励器调控超音速压气机层流叶型激波/边界层干扰的方法与装置专利的具体信息内容。
1.一种利用电弧放电等离子体激励器调控超音速压气机层流叶型激波/边界层干扰的装置，其特征在于，包括：栅板(1-1)、陶瓷叶片(1-2)和/或金属叶片(1-3)、激励器(1-4)、高压脉冲电源(1-5)；其中
栅板(1-1)为四边倒圆角的长方形绝缘板，表面开有与叶型对应的榫槽，用以安装叶片，榫槽形状与叶片叶型一致且其宽度略小于叶片，以确保叶片能够以过盈配合的方式插入榫槽；叶片包括金属叶片(1-3)和陶瓷叶片(1-2)，将栅板(1-1)固定在超音速叶栅风洞试验台中；栅板(1-1)上的榫槽能够确保叶片以一定的安装角以及栅距固定在叶栅风洞流道内，安装角与栅距由叶片形状设计者确定，陶瓷叶片以及金属叶片的总数量M由叶栅试验台决定，M≥5，以确保叶栅试验流场的周期性；
金属叶片(1-3)为二维超音速压气机层流叶片，金属叶片(1-3)靠近栅板(1-1)的一侧插入栅板(1-1)上形成的榫槽中；金属叶片(1-3)采用不锈钢材料加工制成；金属叶片(1-3)插入的榫槽未打通，也就是未贯穿栅板(1-1)；
陶瓷叶片(1-2)为二维超音速压气机层流叶片，叶型与金属叶片相同；陶瓷叶片(1-2)靠近栅板(1-1)的一侧插入栅板(1-1)上形成的榫槽中；陶瓷叶片(1-2)插入的榫槽打通，也就是贯穿栅板(1-1)，能够将激励器导线从栅板(1-1)背面引出；陶瓷叶片(1-2)插入栅板(1-1)的部分略长于栅板厚度，装配后从栅板背面略微突出，便于导线的引出；
激励器(1-4)贴附在陶瓷叶片(1-2)吸力面上；激励器(1-4)包括第一电极(2-1)、第二电极(2-2)、第三电极(2-3)以及导线；电极厚度为Δ，电极宽度为d1；第一电极(2-1)与第二电极(2-2)、第二电极(2-2)与第三电极(2-3)的电极间隙为l1；陶瓷叶片上布置N组激励器，N组激励器依次均匀布置在陶瓷叶片上，每组激励器流向间距为L1，第一组激励器距叶片前缘为b1；第一电极(2-1)与第三电极(2-3)的长度为l2，并且第一电极(2-1)、第三电极(2-3)外端部与叶片两端对齐；第二电极(2-2)的长度为l3；
高压脉冲电源(1-5)用于产生脉冲电压，击穿空气，产生脉冲电弧放电等离子体，高压脉冲电源(1-5)的工作电压和频率可调。
2.如权利要求1所述的利用电弧放电等离子体激励器调控超音速压气机层流叶型激波/边界层干扰的装置，其特征在于，理想情况下，叶片全部为陶瓷叶片(1-2)。
3.如权利要求1所述的利用电弧放电等离子体激励器调控超音速压气机层流叶型激波/边界层干扰的装置，其特征在于，叶片尽可能多地采用陶瓷叶片(1-2)，并且陶瓷叶片(1-2)尽量放到叶片的中间位置。
4.如权利要求1所述的利用电弧放电等离子体激励器调控超音速压气机层流叶型激波/边界层干扰的装置，其特征在于，叶片包括5片金属叶片(1-3)和1片陶瓷叶片(1-2)；金属叶片(1-3)固定于栅板(1-1)的1、2、3、5、6号位置处，陶瓷叶片(1-2)固定于栅板(1-1)的4号位置处；栅板(1-1)的1、2、3、4、5、6号位置为栅板(1-1)由上至下顺序排列的位置。
5.如权利要求1所述的利用电弧放电等离子体激励器调控超音速压气机层流叶型激波/边界层干扰的装置，其特征在于，考虑到栅板(1-1)薄而窄的形状，为了叶片加工方便以及保证栅板的强度，将金属叶片(1-3)和/或陶瓷叶片(1-2)靠近栅板(1-1)的一侧去掉左右两端的一部分，使金属叶片(1-3)和陶瓷叶片(1-2)靠近栅板(1-1)的一侧形成榫头，便于插入榫槽进行固定；金属叶片(1-3)的榫头长度小于栅板(1-1)厚度，不穿透栅板(1-1)；陶瓷叶片(1-2)的榫头长度大于栅板(1-1)厚度，便于伸出。
6.如权利要求1所述的利用电弧放电等离子体激励器调控超音速压气机层流叶型激波/边界层干扰的装置，其特征在于，陶瓷叶片(1-2)采用氧化锆陶瓷材料；金属叶片(1-3)采用304不锈钢材料；布置两组激励器(1-4)，包含4个放电通道。
7.如权利要求1至6的任何一项所述的利用电弧放电等离子体激励器调控超音速压气机层流叶型激波/边界层干扰的装置，其特征在于，第一电极(2-1)与第二电极(2-2)、第二电极(2-2)与第三电极(2-3)的电极间隙l1为1～5mm；第一组激励器距叶片距前缘距离b1为
10～50mm，每组激励器流向间距L1为10～40mm；电极材料选用铜箔；电极宽度d1为1～5mm；第一电极(2-1)与第三电极(2-3)长度l2为25～90mm；第二电极长度l3＝H-2l1-2l2；第一电极(2-1)、第三电极(2-3)外端部与叶片两端对齐。
8.如权利要求7所述的利用电弧放电等离子体激励器调控超音速压气机层流叶型激波/边界层干扰的装置，其特征在于，第一电极(2-1)与第二电极(2-2)、第二电极(2-2)与第三电极(2-3)的电极间隙l1为3mm；第一组激励器距叶片距前缘距离b1为20mm，每组激励器流向间距L1为20mm；电极材料铜箔的厚度Δ为0.02mm；电极宽度d1为2mm；第一电极(2-1)与第三电极(2-3)长度l2为75mm；第二电极长度l3为24mm。
9.一种利用电弧放电等离子体激励器调控超音速压气机层流叶型激波/边界层干扰的方法，包括下列步骤：
第一步：叶片激波系结构确定
根据纹影实验以及数值仿真确定不同工况下叶片激波位置以及波系结构；
第二步：等离子体激励器布局方式设计
根据具体需求，根据激波边界层干扰具体位置确定激励器布置位置；激励器布置位置应在激波/边界层干扰区上游，但不应太靠上游或距离激波/边界层干扰区太近，确保不破坏上游层流边界层，避免粘性损失增大；在激励后确保与激波/边界层干扰区有足够的距离，促使边界层在激波/边界层干扰前充分转捩；
第三步：激励器/叶片耦合布置
采用电弧放电等离子体激励器，利用陶瓷涂覆技术对叶片表面进行处理，处理完成后，根据上一步选择的安装方式对激励器进行安装；
第四步：控制性能评估
具体包括下列步骤：
(一)高压脉冲电源(1-5)施加高压脉冲电压；
(二)在电势差的作用下，激励器第一电极(2-1)与第二电极(2-2)间产生强电场，第一电极(2-1)与第二电极(2-2)间隙被击穿，产生电弧等离子体；随后，第二电极(2-2)与第三电极(2-3)之间产生强电场，第二电极(2-2)与第三电极(2-3)之间产生强电场，间隙被击穿，两个放电通道形成产生稳定的等离子体；
(三)电弧放电等离子体产生热效应与冲击效应；一方面冲击效应扰动压气机叶片吸力面上的边界层，促进边界层在激波区前发生转捩，转捩后的湍流边界层与相邻叶片产生的斜激波相互作用，有效调控激波边界层干扰产生的分离区尺度，从而减小压气机的激波损失以及分离损失；另一方面，等离子体产生的热效应改变边界层的物理特性，增加附面层温度，改变局部区域的音速线，减小边界层的亚声速区，使得激波与边界层干扰区域减小，减弱激波/边界层干扰问题。
10.利用电弧放电等离子体激励器调控超音速压气机层流叶型激波/边界层干扰的方法的具体操作步骤，如下所述：
step1、基准流场测量
在超音速叶栅风洞启动前，通过三轴位移机构将五孔探针布置在叶片尾缘处；启动风洞，测量总压、静压；撤去五孔探针，利用纹影系统对流场结构进行测量；设置高速相机频率；启动风洞，利用高速纹影系统对流场结构进行测量；
step2、电弧放电等离子体流动控制
将第4片叶片更换为安装有电弧激励器的陶瓷叶片，在超音速叶栅风洞启动前，通过三轴位移机构将五孔探针布置在叶片通道出口10％-40％轴向弦长处；使用高压脉冲电源(1-
5)放电，设置第一激励频率；打开等离子体电源开始放电，利用五孔探针对总压、静压进行测量；将放电频率更改为第二激励频率以及第三激励频率，电压维持不变，重复上述操作，对流场进行测试；
Step3、撤去五孔探针，利用纹影系统对流场结构进行测量；设置高速相机频率；利用高压脉冲电源(1-5)，在上述三种激励频率下对流场进行测量。
利用电弧放电等离子体激励器调控超音速压气机层流叶型激
波/边界层干扰的方法与装置
技术领域
背景技术
发明内容
2-1与第三电极2-3的长度为l2，并且第一电极2-1、第三电极2-3外端部与叶片两端对齐；第二电极2-2的长度为l3；
3长度l2为25～90mm；第二电极长度l3＝H-2l1-2l2；第一电极2-1、第三电极2-3外端部与叶片两端对齐。
具体实施方式
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