本發(fā)明屬于燃燒實驗技術領域，是一種用于激波管的等離子體發(fā)生裝置，用以研究等離子體輔助點火的研究。

背景技術：

當飛行器的飛行速度達到高超聲速時，沖壓發(fā)動機中的燃燒達到超燃狀態(tài)，稱為超燃沖壓發(fā)動機(Scramjet)。對于超燃沖壓發(fā)動機，燃料以超聲速流過燃燒室，燃料難以實現(xiàn)混合、點火以及化學能的充分釋放。碳氫燃料是航空飛行器最廣泛應用的燃料，燃料需要在極短的時間(毫秒量級)內完成燃料的點火、火焰?zhèn)鞑ヒ约盎鹧娣€(wěn)定。而碳氫燃料的點火延遲時間也為毫秒量級，因此，必須使用技術手段縮短碳氫燃料的點火延遲時間。

等離子體由于能夠同時提高溫度和增加活性自由基濃度而被認為是縮短燃料點火延遲時間的最有效的方法。

通常情況下，研究者使用激波管來測量燃料點火延遲時間。在激波管的反應區(qū)域內加入等離子體可以研究等離子體輔助碳氫燃料的點火情況，測量加入等離子體后的碳氫燃料的點火延遲時間。

目前國內外公開報道的在相關領域內研究最多的是俄羅斯莫斯科物理技術研究所的Kosarev等人，研究小組采用納秒脈沖電源，在25×25mm方形截面激波管的末端放電，注入了等離子體(Kosarev I N,Aleksandrov N L,Kindysheva S V.Kinetics of Ignition of Saturated Hydrocarbons by Nonequilibrium Plasma CH₄-containing Mixtures[J].Combustion and Flame,2008,154:569-586)。測量的碳氫燃料包括C1～C5的烷烴，以及乙炔、酒精燈燃料的點火延遲時間，并測量了放電等離子體對于點火延遲時間的縮短情況。實驗結果表明，放電產(chǎn)生的等離子體可以使實驗燃料的點火延遲時間減小一個數(shù)量級以上。

然而，公開的研究中并沒有揭示應用于激波管內的等離子體發(fā)生裝置的設計細節(jié)。因此，設計一種應用于激波管內輔助點火的等離子體發(fā)生裝置極為必要。

目前，需要解決的問題是：

(1)設計的等離子體發(fā)生裝置需結合于激波管，并且不影響實驗中的激波流動。

(2)等離子體發(fā)生裝置需要持續(xù)產(chǎn)生等離子體，并且放電產(chǎn)生等離子體的功率需要可以調節(jié)。

(3)放電對等離子體生成裝置的某些部位會有腐蝕效果，因此，等離子體發(fā)生裝置的某些部位需要可以更換。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是在借鑒國內外設計思想和使用的基礎上，設計一種應用于激波管的，可靠高效的、產(chǎn)生等離子體功率范圍較寬的，等離子體發(fā)生裝置?？蛇m用于多種實驗工況，具有較強的通用性，提升了等離子體輔助點火研究的實驗技術水平，推動了等離子體輔助點火的深入研究。

一種應用于激波管內輔助點火的等離子體發(fā)生裝置，包括了放電單元、壓蓋，以及等離子體電源，其特征在于：

放電單元包括基座(3)、壓塊(4)、堵頭(5)和銅制螺栓(6)組成。堵頭(5)內嵌銅網(wǎng)，通過堵頭(5)和基座(3)的空隙伸出纏繞連接銅制螺栓。

基座(3)、壓塊(4)、堵頭(5)的材料為聚四氟乙烯，堵頭中加工有凹槽，用于安裝銅網(wǎng)，銅網(wǎng)通過堵頭與基座之間配合的間隙伸出，在壓塊(4)的腔體內與銅制螺栓(6)相連接。

壓蓋包括壓蓋底座(1)與按壓塊(2)組成。壓蓋底座(1)安裝于激波管管體，按壓塊(2)用于按壓放電單元。壓蓋底座(1)與激波管管體之間，壓蓋底座(1)與放電單元之間，以及放電單元與壓塊(2)之間通過密封圈進行密封。

等離子體電源部分包括主機和變壓器，主機負責調節(jié)等離子體放電功率，變壓器負責調節(jié)放電峰值電壓和放電頻率；等離子體放電功率范圍為0-3000W，放電峰值電壓為30kV，放電頻率為20kHz。

本發(fā)明的優(yōu)勢是：

(1)設計的等離子體發(fā)生裝置安裝于激波管管段，并沒有伸出到激波管內部的部分，不會影響實驗中的激波流動。

(2)產(chǎn)生等離子體的功率可隨著電源放電功率進行調整，并且可以持續(xù)產(chǎn)生等離子體。

(3)當放電單元使用一段時間后，堵頭部位會被放電所腐蝕，可對堵頭進行替換，可以保持放電的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為放電單元裝配圖及尺寸；

圖2(a)為堵頭結構圖；

圖2(b)為基座結構圖；

圖2(c)為壓塊結構圖；

圖2(d)為銅制螺栓結構圖；

圖3(a)壓蓋底座結構圖；

圖3(b)為按壓塊結構圖。

具體實施方式

如圖1所示，放電單元由基座(3)，壓塊(4)，堵頭(5)和銅制螺栓(6)組成?；?3)與堵頭(5)之間的配合存在間隙，目的是預留銅網(wǎng)從中通過的。壓塊(4)和銅制螺栓(6)之間通過M8的螺紋進行連接。銅網(wǎng)在壓塊(4)的腔體內與銅制螺栓相連，銅制螺栓上焊接電線，與外部的等離子體電源相連接，因此，開啟等離子體電源時，放電單元內的銅網(wǎng)便透過介質層與激波管體進行放電。

如圖2(a)所示為堵頭的結構示意圖，堵頭的材料為聚四氟乙烯，堵頭設計有槽口用于嵌入銅網(wǎng)。由于放電對聚四氟乙烯絕緣層會產(chǎn)生腐蝕效果，因此，當使用一段時間后可將堵頭進行更換，以保證放電效果。

如圖2(b)所示為基座的結構圖，基座的材料為聚四氟乙烯。

如圖2(c)所示為壓塊結構圖，壓塊材料為聚四氟乙烯。壓塊內部設計有空腔，用于放置銅網(wǎng)。頂部開M8的螺紋孔，用于與銅制螺栓進行配合。

如圖2(d)所示為銅制螺栓結構圖。銅制螺栓的螺紋為M8，頂部開有用于螺絲刀開啟的槽口。是連接等離子體電源與放電介質材料的中介。

如圖3(a)所示為壓蓋底座結構圖。壓蓋底座的材料為鋁合金。壓蓋底座與放電單元進行配合，兩者按壓后通過密封圈進行密封。壓蓋底座與激波管管體通過螺栓進行連接，兩者之間也通過密封圈進行密封。

如圖3(b)所示為按壓塊結構圖。按壓塊的材料為鋁合金。按壓塊與壓蓋底座通過螺栓連接，按壓塊與放電單元接觸的部位墊有硅膠密封墊，用以保持設備的氣密性。