[发明专利]滑动弧点火装置

说明书

技术领域

本发明涉及航天航空发动机领域，特别涉及一种产生大气压非平衡等离子体的滑动弧点火装置。

背景技术

根据等离子体的粒子温度，等离子体分为高温等离子体和低温等离子体，人类通过控制手段和科学方法，可以产生并大量利用于工农业生产的多为低温等离子体。根据电弧区域的热力学平衡特性，低温等离子体可以分为热等离子体和冷等离子体。冷等离子体是一种非热平衡等离子体，电子温度远远高于离子温度，离子温度又远远高于中性粒子的温度。从已有的文献来看，产生非平衡等离子体的方法主要有介质阻挡放电、高压脉冲电晕放电、高压辉光放电、射频放电、微波放电等等，滑动弧放电方式，也是产生大气压非平衡等离子体的主要方法之一。

20世纪90年代初，法国人首先提出用滑动弧放电产生大气压非平衡等离子体的概念，并做了许多开创性的工作，随后国内外科技工作者，对这种滑动电弧等离子体，应用于较大气流量，做成等离子体矩，在化工行业和环境工程应用方面做了大量的理论和试验性研究。研究发现，冷等离子体能够以很小的能量把原本主要用于加热和低能振动的能量，通过电子碰撞转移到分子分解、激发甚至电离上，产生大量的活性基，极大的加速了化学反应速度，这种低温等离子体，被认为同时具有平衡性和非平衡性，有平衡性，代表有足够的能量水平，从而保证较大的能量应用，具有非平衡性，可以维持宏观温度较低，同时通过产生电子以及激发的离子、原子和分子，促进化学反应的进行，实现很高的化学反应效率。发动机点火，就是燃料流从非反应状态到强烈放热反应状态的过渡过程，是发动机工作最基本的前提条件。

华中科技大学夏胜国在《非平衡等离子体燃烧强化》文中指出，在超声速燃烧和稀薄燃烧技术领域，非平衡等离子体点火方式比火花塞点火更具有应用潜力，并对脉冲电晕点火方式进行了详细介绍和应用举例。但同时也指出，非平衡等离子体燃烧强化技术仍处于燃烧强化机理的研究阶段，尚未达到成熟应用的程度。

装备学院张鹏等在论文《等离子体对碳氢燃料点火延迟时间影响的研究进展》中，提到超然冲压发动机燃烧室点火，以及减小点火延迟时间，冷等离子体被认为是最有效方法，并提出了高压纳秒脉冲放电等离子体的应用方法。

浙江大学陆胜勇等在《基于拉瓦尔喷管的滑动弧放电等离子体发生器及其工作特性分析》一文中，指出拉瓦尔喷管滑动弧放电产生于一个立体空间，比以往刀型电极滑动电弧会产生更大的放电区域，研究了不同流量工作气体条件下产生等离子体电弧的伏安特性，并强调了下一步重点在工业废气、废液处理方面进行研究。

发明内容

本发明旨在提供一种产生大气压非平衡等离子体的滑动弧点火装置，用于发动机地面试验或者其它燃烧设备的辅助点火和持续助燃，其结构简单，装配容易实现，主火焰引燃迅速，助燃稳定。

本发明的滑动弧点火装置，包括：包括：收缩-扩张型拉瓦尔喷管、外壳、气流挡板、电极安装座、高压阳极、锁紧螺母，所述收缩-扩张型拉瓦尔喷管和电极安装座通过螺纹固定在外壳上，所述外壳的径向位置开孔，用于安装进气接头，所述气流挡板夹持于外壳与电极安装座之间，所述高压阳极插入电极安装座中心孔中，通过密封胶粘接和锁紧螺母固定并锁紧在电极安装座上。

优选所述外壳的径向位置开设有两个孔，该两孔为油汽燃料进口和辅助气体进口。

优选在所述外壳与所述收缩-扩张型拉瓦尔喷管的连接处的端面设有凹槽，在在该凹槽内安装有密封垫，该密封垫的材质为紫铜，在所述外壳与所述电极安装座连接处的端面也设有凹槽，在该内凹槽内安装有密封垫，该密封垫的材质为耐油橡胶。

优选所述收缩-扩张型拉瓦尔喷管为斜切喷管或非斜切喷管。

优选所述气流挡板的材质为聚四氟乙烯、陶瓷或电工胶木。

优选所述高压阳极的金属棒上设有环形凹槽，在高压阳极的一个端部设有外螺纹。。

应用本发明的技术方案，在拉瓦尔喷管通入辅助空气，在电极之间接通12KV电源，喷管喉部和中心高压阳极之间形成强大的电场，空气在电场的作用下被击穿，形成等离子体电弧放电，在气流的推动下电弧向下游移动，弧长在渐扩型的拉瓦尔喷管内壁逐渐增加，到一定长度时电弧被吹灭，同时在喉道处产生新的滑动电弧。随着通气流量的不同，有不同的电弧击穿频率，喷管内形成像火焰一样的混合气体。通入一定混合比的燃料，在喷管口形成燃烧火焰，火焰区域可以利用辅助空气的大小，吹离喷管口。