專利名稱：一種等離子體雙極性激勵電極的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種流體主動控制領域的裝置，特別是一種等離子體雙極性激勵電極。
背景技術：
等離子體是物質存在的第4種狀態，宇宙中99%的物質是以等離子態存在的。除 了具有電學特性外等離子體還具有流體的特點。正是因為等離子體同時擁有電學和流體的 特性，在航空和航天兩個領域中運用等離子體進行等離子流動控制甚至是等離子推進的研 究正在大規模的進行，等離子體是人類在航空航天事業上的一個轉折點。現階段的實驗研 究階段中等離子體被成功的應用到了機翼減阻、機翼翼面伏面層控制、翼面失速迎角提高、 旋成體流動控制等方面。 一般的等離子激勵器由上、下電極組成，其中上電極暴露于空氣 中，下電極被絕緣材料覆蓋。當將高頻高壓電加載于上、下電極時，上、下極之間的空氣被電 離產生等離子體。等離子體激勵器直接作用于流體，在大氣環境中等離子激勵器通過電離 空氣產生等離子體，并且通過電壓驅動等離子體按照規定的方向運動，已達到驅動空氣的 目的。在外層空間，等離子激勵器直接作用于外層空間游離的等離子體產生推力。隨著對 等離子體流動控制的研究不斷深入，人們對等離子體激勵器的研發越來越重視，提出了順 電激勵和蠕動激勵兩種激勵模式。但是這兩種激勵方式對于流體的激勵效果都十分有限， 效能低、設備成本大制約了等離子體研究的進展。
發明內容
本發明的目的是提供一種等離子體雙極性激勵電極，運用等離子雙極性激勵的新
方式，使用等離子雙極性激勵電極可以提高等離子體對于流體的激勵效果以及效能。
本發明解決現有技術問題的方案是雙極性等離子體激勵電極，以及根據其特性
可以設計的雙極性等離子激勵器。雙極性電極由導電性能良好的導電電極芯和絕緣性能良
好的絕緣底板和頂部絕緣層組成。導電電極芯自左向右一部分區域被頂部絕緣層覆蓋，覆
蓋區域范圍10%至99%。導電電極芯被頂部絕緣層覆蓋的部分組成雙極性電極的負極，而
裸露的部分組成了雙極性電極的正極。導電電極芯和頂部絕緣層平行安放于絕緣底板上。
對于雙極性電極的選取材料，也可使用同時具有絕緣和導電性能的復合材料。由N組按照
一定間隔平行布設于絕緣底板上的雙極性電極，其中N > 2，高頻高壓電源的高電位和低電
位分別與第一級和最末一級雙極性電極相連，即形成了等離子體雙極性激勵器。 本發明的工作原理為將N級雙極性等離子體激勵電極按照特定的參數布置于絕
緣材料上，高頻高壓電源的火線和零線施加于第一級和最末一級電極。當接通電源時，在工 作頻率和電壓作用下，輝光放電在第一極和第二極之間產生，相應的在此時空氣被電離產
生等離子體，等離子體在電壓的作用下向第二級運動，在此過程中帶動附近的空氣產生了 對空氣的控制效果。由于等離子的電學特性，電流由第一級的正極傳導至第二極的負極，第 二極的負極和正極是內部導通的，此時在第二級的正極和第三極的負極存在電壓，同樣的
3放電激勵過程再次在第二級的正極和第三級的負極產生。隨著等離子體的產生和電流的傳 播，同樣的放電激勵過程不斷進行直至電量耗散至低于等離子體激發電壓。在此過程中每 一次的輝光放電不僅是產生等離子體進行對大氣流動控制的過程，它同時也是能量進行傳 播的過程。 與現有的等離子體激勵電極相比，雙極性等離子激勵電極的作用得到了很大程度 的提高，它改變了電極作用，使單個電極具有了發生等離子體和接受能量的作用，雙極性電 極充分發揮和利用等離子的電學和流體特性，并且在此過程中由于擴大了等離子體與大氣 接觸的面積和接觸時間，更有效的將能量用于等離子體的激發和誘導空氣。
圖1、為本發明雙極性電極的結構構造示意圖，
圖2、為利用本發明實現的雙極性電極激勵器原理圖，
圖3、為本發明的激勵器對等離子流和空氣流控制原理圖。 圖中1、絕緣底板，2、導電電極芯，3、頂部絕緣層，4、高頻高壓電源，5、第一級雙極 性電極，6、第二級雙極性電極，7、第三級雙極性電極，8、末端雙極性電極，9、電源線，10、等 離子體，11、空氣流。
具體實施例 實施例1，以雙極性等離子體激勵電極制作平板式激勵器，如圖1所示，雙極性電 極由絕緣底板1、導電電極芯2和頂部絕緣層3組成。絕緣底板1選用材料為玻璃板，厚為 12mm、長為300mm、寬為200mm ;導電電極芯2選用材料為紫銅，厚為0. 03mm、長為200mm、寬 為10mm;導電電極芯2自左向右被絕緣層覆蓋，厚為O. lmm、寬為8mm，使用材料為聚亞酰胺 覆蓋。如圖2所示，雙極性等離子體激勵器由高頻高壓電源4、雙極性電極第一級5、第二級 6、第三級7、末端雙極性電極8、電源線9組成。高頻高壓電源4為高頻交流電源，其輸出頻 率和電壓可調。雙極性電極之間的間隔為實驗數據，自左向右依次為Al = 10mm、 A2 = 9mm、 A3 = 8mm。對于雙極性等離子激勵器的工作原理如圖3所示，當激勵器加載電壓后， 在第一級5的正極和第二級6的負極間會產生輝光誘發等離子體，當等離子體形成后在第 一、二極之間的放電通道就形成了，順著放電通道電流到達第二極的負極，第二級6的負極 和正極是內部導通的，電流到達了第二級6的正極。在第二級6和第三級7之間同樣又形 成放電通道，電流又一次完成等離子體的激發和導通。經此過程等離子激勵器誘導出了等 離子體9，電流在電極不斷完成等離子體激發和導通直至電壓低于等離子體的觸發電壓。隨 著等離子體的激發其附近的空氣被電離，等離子體9帶動與其接觸的空氣10進行運動。
實施例2、本發明的絕緣地板也可以設置為一定的弧度，即為非平板式，工作原理 和其他設置同上。
權利要求
一種等離子體雙極性激勵電極，由導電性能良好的導電電極芯2和絕緣性能良好的絕緣底板1和頂部絕緣層3組成，其特征是導電電極芯2自左向右一部分區域被絕緣層3覆蓋，覆蓋區域范圍10％至99％，導電電極芯2被頂部絕緣層3覆蓋的部分組成雙極性電極的負極，而裸露的部分組成了雙極性電極的正極。
2. 根據權利要求1所述的雙極性電極，其特征是由N組按照一定間隔平行布設于絕緣底板1上的雙極性電極，其中N > 2，高頻高壓電源4的高電位和低電位分別與第一級6和最末一級雙極性電極8相連，即形成了等離子體雙極性激勵器。
3. 根據權利要求l所述的雙極性電極，其特征是對于雙極性電極的選取材料，也可使用同時具有絕緣和導電性能的復合材料。
4. 根據權利要求1所述的雙極性電極，其特征是高頻高壓電源4其輸出頻率和電壓可調。
全文摘要
本發明涉及一種流體主動控制領域的裝置，特別是一種等離子體雙極性激勵電極。其技術關鍵是由導電性能良好的導電電極芯和絕緣性能良好的絕緣底板和絕緣層組成，導電電極芯自左向右一部分區域被絕緣層覆蓋，覆蓋區域范圍10％至99％，導電電極芯被頂部絕緣層覆蓋的部分組成雙極性電極的負極，而裸露的部分組成了雙極性電極的正極。由N組按照一定間隔平行布設于絕緣底板上的雙極性電極，高頻高壓電源的高電位和低電位分別與第一級和最末一級雙極性電極相連，即形成了等離子體雙極性激勵器。本發明可以提高等離子體對于流體的激勵效果及效能和控制。
文檔編號H05H1/46GK101784155SQ200910021008
公開日2010年7月21日 申請日期2009年1月21日 優先權日2009年1月21日
發明者郝江南 申請人:郝江南