[发明专利]一种用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置

说明书

本发明公开了一种用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置，该装置包括：若干个减阻单元、导线、直流电源、第三绝缘层、微波发生器和第一波导；其中，所述减阻单元包括狭缝天线、石英玻璃板、金属膜、第一绝缘层、第二绝缘层、第一电极、第二电极和第二波导；各减阻单元通过第三绝缘层依次相连接；第一波导与第二波导相连接；微波发生器与第一波导相连接。本发明通过在石英玻璃板下方狭缝天线发射微波，在石英玻璃板表面形成大面积均匀的表面波，进而激发表面波等离子体，具有产生等离子体密度高、平面大面积均匀、高度放电稳定和处理过程可重复性的优点。

技术领域

本发明涉及等离子体流动控制领域，尤其涉及一种用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置。

背景技术

与飞机或卫星相比，临近空间飞艇具有地面覆盖范围广、滞空时间长、快速响应能力强、制造及运行成本低、可重复使用、升级换代快、运行特性好等诸多优势，具有重要的军事应用前景。因此，对临近空间飞艇的研制具有很高的紧迫性。飞艇的飞行阻力每减少1％，有效载荷约可增加10％，可以大大提高飞行器的飞行速度、增大航程，增加飞艇的滞空时间。

等离子体流动控制是一种新的流动控制技术，近年来已成为国际上空气动力学和气动热力学领域新兴的重要研究热点。等离子体流动控制的主要特点是：等离子体气动激励是电场力作用，没有运动部件、响应迅速、作用频带宽、便于实时控制、结构简单、能耗较低等。等离子体是指气体在高能电磁激励下发生电离，产生的电子与离子共存并高速运动的一种物质存在状态，是区别于传统固体、液体和气体的第四类物质聚集态。在外加电场或自激励电场的作用下，等离子体中的电子和离子在电场中做定向运动，与中性粒子发生碰撞，并将自身动量、能量传输给周围空气，从而使得暴露电极附近的空气产生定向运动，形成诱导气流。等离子体流动控制的基本原理主要是利用诱导气流与飞行器边界层的相互作用，控制边界层分离、抑制层流--湍流转捩等，达到增升减阻等提高飞行器气动性能的目的。

目前，在等离子体流动控制技术中常采用的表面直流电晕放电、大气压均匀辉光放电、表面介质阻挡放电等方法，无一例外存在所产生等离子体的强度、区域有限的缺点，无法满足临近空间飞艇艇身大表面积减阻的要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：相比于现有技术，提供了一种用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置，通过表面波激发等离子体在电极电场的作用下产生诱导气流，实现临近空间飞艇艇身大面积减阻流动控制。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置，包括：若干个减阻单元、导线、直流电源、第三绝缘层、微波发生器和第一波导；其中，所述减阻单元包括狭缝天线、石英玻璃板、金属膜、第一绝缘层、第二绝缘层、第一电极、第二电极和第二波导，其中，金属膜镀设于石英玻璃板的下表面、左侧面和右侧面；镀设于石英玻璃板的下表面的金属膜开设有缝隙，狭缝天线嵌设于所述缝隙内；第一绝缘层包设于左侧面的金属膜；第二绝缘层包设于右侧面的金属膜；第一电极与第一绝缘层相连接；第二电极与第二绝缘层相连接；第二波导的一表面与狭缝天线相连接；第一电极通过导线与直流电源相连接，第二电极通过导线与直流电源相连接；各减阻单元通过第三绝缘层依次相连接；第一波导与第二波导相连接；微波发生器与第一波导相连接。

上述用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置中，狭缝天线位于所述石英玻璃板的下表面的中心线。

上述用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置中，第二波导的长度方向与狭缝天线的长度方向相平行。

上述用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置中，微波发生器发射的微波为TE模，微波电场偏振方向与狭缝天线平行。

上述用于临近空间飞艇减阻的等离子体流动控制装置中，微波电场场强为E＝2×36.84p(1+ω²/ν²)^1/2，其中，p为环境大气压，ω为微波频率，ν为电离频率。