專利名稱：平面射流等離子體產(chǎn)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣體放電等離子體領(lǐng)域，特別涉及平面射流等離子體產(chǎn)生裝置，可用于產(chǎn)生較大面積均勻射流等離子體，定量研究電磁二維場對等離子流體的影響。
背景技術(shù)：
研究電磁二維場對等離子流體的影響，是宇宙飛行器載入研究工作的基礎(chǔ)，真實實驗需要一種能長時間產(chǎn)生大面積密度可控且二維分布均勻的勻速流動的等離子體產(chǎn)生裝置?，F(xiàn)有地面產(chǎn)生等離子體的裝置主要有激波管、等離子體噴焰和輝光等離子體射流裝置，這些裝置分別存在以下難以克服的缺點I、激波管利用高壓強差產(chǎn)生的瞬時高溫產(chǎn)生等離子體，持續(xù)時間極短，穩(wěn)定性極差，難以控制。2、等離子體噴焰產(chǎn)生的等離子體溫度高，等離子密度以及分布難以控制，對外加電極有高溫燒蝕，且等離子體中還有金屬離子，引起電磁削弱實驗誤差。3、輝光放電產(chǎn)生的等離子體產(chǎn)生的等離子體，雖然可以較長時間的工作，電子密度可連續(xù)調(diào)節(jié)，也較為穩(wěn)定，但產(chǎn)生的等離子體基本都是長弧形湍流等離子體，密度二維分布面積小且不均勻，無法定量研究電磁二維場對等離子流體的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提供一種平面射流等離子體產(chǎn)生裝置，以延長持續(xù)時間，降低溫度，擴大均勻等離子體的面積。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括等離子體產(chǎn)生腔體2、電源裝置3和氣壓調(diào)節(jié)裝置5，電源裝置3為等離子體產(chǎn)生腔體2提供電源，其特征在于等離子體產(chǎn)生腔體2的左側(cè)和右側(cè)分別連接有導流裝置I和等離子體射流腔體4 ;導流裝置I的進氣端和等離子體射流腔體4的出氣端連接有氣壓調(diào)節(jié)裝置5，等離子體射流腔體4開有電極通孔和觀察窗，用于施加正交電磁二維場；氣體從氣壓調(diào)節(jié)裝置5充入導流裝置I，經(jīng)導流裝置穩(wěn)流后流入到等離子體產(chǎn)生腔體2內(nèi)，在等離子體產(chǎn)生腔體內(nèi)放電產(chǎn)生等離子，流入到等離子體射流腔體4內(nèi)，再通過氣壓調(diào)節(jié)裝置5流出。作為優(yōu)選，所述的導流裝置I包括針閥101、第一法蘭102、擋板103和第一氣壓計106 ;針閥101的一端固定在第一法蘭102的左端，另一端與氣壓調(diào)節(jié)裝置5連接；第一氣壓計106固定在第一法蘭102的下端，用于測量充氣的氣壓；擋板103放置在第一法蘭102的右端凹槽內(nèi)；第一法蘭102通過旋鈕與等離子體產(chǎn)生腔體2連接。作為優(yōu)選，所述的等離子體產(chǎn)生腔體2包括第二法蘭206、圓筒形電極201、圓管形電極204和第三法蘭207 ;第二法蘭206和第三法蘭207連接在圓筒形電極201左右對稱的兩側(cè)通孔端；圓筒形電極201上下兩側(cè)分別固定有圓形空心蓋205，并通過擠壓第一密封膠墊203進行密封；圓管形電極204通過圓形空心蓋205的中心孔插入圓筒形電極201內(nèi)，同軸固定在圓筒形電極201的上下兩端，并通過螺母擠壓第二密封膠墊208進行密封；圓管形電極204通過導線與電源裝置3連接；第三法蘭207與等離子體射流腔體4連接。作為優(yōu)選，所述的等離子體射流腔體4包括第四法蘭403、長方體型腔體401和喇叭型導流槽404 ;第四法蘭403固定在長方體型腔體401的左側(cè)；喇叭型導流槽404的大喇叭口固定在長方體型腔體401的右側(cè)；喇叭型導流槽404的小喇叭口固定有抽氣閥405，該抽氣閥405與氣壓調(diào)節(jié)裝置5連接；所述的長方體型腔體401左右兩側(cè)開有第一導流槽408和第二導流槽409 ;長方體型腔體401的前后兩側(cè)開有觀察窗402，觀察窗402密封固定，且外部施加磁場；長方體型腔體401的上側(cè)開有第一通孔410和第二通孔411，在這兩個通孔內(nèi)插入電極施加電場。
作為優(yōu)選，所述的氣壓調(diào)節(jié)裝置5包括第二氣壓計501、抽氣泵502和氣罐503 ；氣罐503與針閥101連接，抽氣泵502與抽氣閥405連接；第二氣壓計501固定在抽氣泵502的抽氣口，用于測量抽氣氣壓。相比現(xiàn)有的地面等離子體裝置，本發(fā)明具有以下優(yōu)點I、本發(fā)明由于采用導流裝置，提高了氣流的穩(wěn)定性，形成均勻流場。2、本發(fā)明由于采用等離子產(chǎn)生腔體，運用低氣壓輝光放電原理，延長了等離子體可持續(xù)時間，提高了試驗的可重復性。3、本發(fā)明由于采用等離子體射流腔體，擴大了等離子體射流的均勻流速區(qū)的面積，能夠?qū)Φ入x子體施加正交電磁場，實現(xiàn)對等離子體的電磁抑制方法的研究。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明


圖I是本發(fā)明的射流等離子體產(chǎn)生裝置的整體結(jié)構(gòu)刨面圖；圖2是圖I的俯視圖；圖3是本發(fā)明中的等離子體射流腔體結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式參照圖I和圖2，本發(fā)明的平面射流等離子體產(chǎn)生裝置，包括導流裝置I、等離子體產(chǎn)生腔體2、電源裝置3、等離子體射流腔體4和氣壓調(diào)節(jié)裝置5，該等離子體產(chǎn)生腔體2分別與導流裝置I、電源裝置3和等離子體射流腔體4連接，該氣壓調(diào)節(jié)裝置5分別與導流裝置I和等離子體射流腔體4連接，等離子體射流腔體4開有電極通孔和觀察窗，用于施加正交電磁二維場；氣體從氣壓調(diào)節(jié)裝置5充入導流裝置1，經(jīng)導流裝置穩(wěn)流后流入到等離子體產(chǎn)生腔體2內(nèi)，在等離子體產(chǎn)生腔體內(nèi)放電產(chǎn)生等離子，流入到等離子體射流腔體4內(nèi)，再通過氣壓調(diào)節(jié)裝置5流出。其中導流裝置1，包括針閥101、第一法蘭102、擋板103和氣壓計106 ;針閥101 —端固定在第一法蘭102左端，擋板103放置于第一法蘭102的右端凹槽內(nèi)，擋板103上開有均勻排列的圓形通孔107 ；等離子體產(chǎn)生腔體2，包括圓筒形電極201、圓形殼蓋205、圓管形電極204、第二法蘭206和第三法蘭207 ;圓筒形電極201左右對稱的兩側(cè)開有通孔，第二法蘭206和第三法蘭207分別通過焊接連接在圓筒形電極201左右對稱的兩側(cè)通孔端；圓形空心蓋205采用緊固旋鈕202固定于圓筒形電極201上下兩側(cè)，并通過擠壓第一密封膠墊203進行密封；圓筒形電極201接地；圓管形電極204通過圓形空心蓋205的中心孔插入圓筒形電極201內(nèi)，并與圓筒形電極201同軸放置，圓管形電極204上下兩端采用緊固螺母與圓形空心蓋205固定，并通過擠壓第二密封膠墊208進行密封；電源裝置3，包括可控交流電源，輸出電壓范圍0-500V，最大功率1KW，輸出頻率20KHz ；參照圖3，等離子體射流腔體4，包括第四法蘭403、長方體型腔體401和喇叭型導流槽404 ;長方體型腔體401的左右兩側(cè)開有第一導流槽408和第二導流槽409，用于穩(wěn)定等離子體射流流速，前后兩側(cè)開有觀察窗402，并通過緊固螺母進行密封固定，用于觀察等離子體射流，長方體型腔體401的上側(cè)開有兩個通孔410和411，第一通孔410和第二通孔
411中插入有電極412，該電極連接直流電壓源413，施加電場，同時在觀察窗402外施加與電場正交的恒定磁場；第四法蘭403通過焊接連接在長方體型腔體401左端，喇叭型導流槽404的大喇叭口通過焊接連接在長方體型腔體401右端，小喇叭口上固定有抽氣閥405 ；氣壓調(diào)節(jié)裝置5，包括氣壓計501、抽氣泵502和氣罐503 ;氣壓計501通過導管連接在抽氣泵502上，用于測量抽氣閥405處的氣壓。上述部件之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系如下導流裝置I的針閥101的另一端與氣壓調(diào)節(jié)裝置5連接，第一法蘭102采用緊固旋鈕105與等離子體產(chǎn)生腔體2的第二法蘭206固定，并通過擠壓第三密封膠墊104進行密封；等離子體產(chǎn)生腔體2的圓管形電極204通過導線與電源裝置3連接；等離子產(chǎn)生腔體2的第三法蘭207采用緊固旋鈕406與等離子體射流腔體4的第四法蘭403連接，并通過擠壓第四密封膠墊407進行密封；電源裝置3的交流電壓源為等離子體產(chǎn)生腔體2供電，其一端連接圓管形電極204，另一端接地，通過調(diào)節(jié)電源電壓的大小將等離子體產(chǎn)生腔體2產(chǎn)生的等離子體電子密度控制在108cm_3-1012cm_3之間；等離子體射流腔體4的抽氣閥405與氣壓調(diào)節(jié)裝置5的抽氣泵502連接；氣壓調(diào)節(jié)裝置5的氣罐503連接到導流裝置I的針閥101，通過觀察氣壓調(diào)節(jié)裝置5的氣壓計501和導流裝置I的氣壓計106的數(shù)值來調(diào)節(jié)針閥101的進氣速率，用于控制等離子體產(chǎn)生腔體2內(nèi)的氣壓以及等離子體射流腔體4內(nèi)的流速。本發(fā)明的工作原理如下首先，擰緊緊固旋鈕105、緊固旋鈕202和緊固旋鈕406，關(guān)閉針閥101 ;然后打開抽氣泵502，開始抽氣，等到氣壓計501穩(wěn)定在20Pa時，打開針閥101，向等離子體產(chǎn)生腔體2內(nèi)充入惰性氣體或者空氣，此時氣壓開始上升，繼續(xù)抽氣，使腔體內(nèi)充滿惰性氣體或者空氣；當氣壓計501再次維持在20Pa，氣壓計106維持在50_300Pa某個設(shè)定值時，打開電源裝置3，輸出500V交流電壓；此時圓管形電極204外壁和圓筒形電極201內(nèi)壁之間的電壓迅速升高，并形成徑向的電場，氣體中少量的自由電子被該電場加速，并與氣體中的原子和分子發(fā)生碰撞，將自身的動能傳遞給原子、分子，使其電離出自由電子和正離子來，從而使電子密度增加，電子密度的增加同時也會增大電子與離子復合的速率，最終，電子的產(chǎn)生速率和消失速率達到平衡，電子密度穩(wěn)定下來。此時,等離子體產(chǎn)生腔體2內(nèi)的氣體被電離，實現(xiàn)了輝光放電。由于導流裝置I和等離子體射流腔體4產(chǎn)生的氣壓差，擋板103和各裝置導流槽的導流作用，形成自導流裝置I流向等離子體射流腔體4的穩(wěn)定均勻流場，同時由于等離子體產(chǎn)生腔體2和等離子體射流腔體4內(nèi)氣壓很低，電子自由程很長，電子會隨著穩(wěn)定均勻的流場擴散到整個等離子體射流腔體4內(nèi)，形成大面積電子密度和流速均勻的等離子體平面射流。然后打開直流電壓源413，在觀察窗402外施加正交恒定磁場，此時就可以 進行電場和磁場對射流等離子體的影響實驗。以上實例僅是對本發(fā)明的參考說明，并不構(gòu)成對本發(fā)明內(nèi)容的任何限制。
權(quán)利要求
1.一種平面射流等離子體產(chǎn)生裝置，包括等離子體產(chǎn)生腔體(2)、電源裝置(3)和氣壓調(diào)節(jié)裝置(5)，電源裝置(3)為等離子體產(chǎn)生腔體(2)提供電源，其特征在于等離子體產(chǎn)生腔體(2)的左側(cè)和右側(cè)分別連接有導流裝置(I)和等離子體射流腔體(4);導流裝置(I)的進氣端和等離子體射流腔體(4)的出氣端連接有氣壓調(diào)節(jié)裝置(5)，等離子體射流腔體(4)開有電極通孔和觀察窗，用于施加正交電磁二維場；氣體從氣壓調(diào)節(jié)裝置(5)充入導流裝置(1)，經(jīng)導流裝置穩(wěn)流后流入到等離子體產(chǎn)生腔體(2)內(nèi)，在等離子體產(chǎn)生腔體內(nèi)放電產(chǎn)生等離子，流入到等離子體射流腔體(4)內(nèi)，再通過氣壓調(diào)節(jié)裝置(5)流出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于導流裝置(I)包括針閥(101)、第一法蘭(102)、擋板(103)和第一氣壓計(106)； 針閥(101)的一端固定在第一法蘭(102)的左端，另一端與氣壓調(diào)節(jié)裝置(5)連接； 第一氣壓計(106)固定在第一法蘭(102)的下端，用于測量充氣的氣壓； 擋板(103)放置在第一法蘭(102)的右端凹槽內(nèi)； 第一法蘭(102)通過旋鈕與等離子體產(chǎn)生腔體(2)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于擋板(103)上開有均勻排列的圓形通孔(107)，以使流入等離子體產(chǎn)生腔體(2)的氣流均勻。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于等離子體產(chǎn)生腔體(2)包括第二法蘭(206)、圓筒形電極(201)、圓管形電極(204)和第三法蘭(207)； 第二法蘭(206)和第三法蘭(207)連接在圓筒形電極(201)左右對稱的兩側(cè)通孔端；圓筒形電極(201)上下兩側(cè)分別固定有圓形空心蓋(205)，并通過擠壓第一密封膠墊(203)進行密封。
圓管形電極(204)通過圓形空心蓋(205)的中心孔插入圓筒形電極(201)內(nèi)，同軸固定在圓筒形電極(201)的上下兩端，并通過螺母擠壓第二密封膠墊(208)進行密封； 圓管形電極(204 )通過導線與電源裝置(3 )連接； 第三法蘭(207)與等離子體射流腔體(4)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于導流裝置(I)的第一法蘭(102)采用緊固旋鈕(105)與等離子體產(chǎn)生腔體(2)的第二法蘭(206)固定，并通過擠壓第三密封膠墊(104)進行密封。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于等離子體射流腔體(4)包括第四法蘭(403),長方體型腔體(401)和喇叭型導流槽(404); 第四法蘭(403)固定在長方體型腔體(401)的左側(cè)； 喇叭型導流槽(404)的大喇叭口固定在長方體型腔體(401)的右側(cè)； 喇叭型導流槽(404)的小喇叭口固定有抽氣閥(405)，該抽氣閥(405)與氣壓調(diào)節(jié)裝置(5)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于長方體型腔體(401)的左右兩側(cè)開有第一導流槽(408)和第二導流槽(409);長方體型腔體(401)的前后兩側(cè)開有觀察窗(402)，觀察窗(402)密封固定，且外部施加磁場；長方體型腔體(401)的上側(cè)開有第一通孔(410)和第二通孔(411)，在這兩個通孔內(nèi)插入電極施加電場。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的裝置，其特征在于第三法蘭(207)與第四法蘭(403)通過緊固旋鈕(406 )固定，并通過擠壓第四密封膠墊(407 )進行密封。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于氣壓調(diào)節(jié)裝置(5)包括第二氣壓計(501)、抽氣泵(502)和氣罐(503)； 氣罐(503)與針閥(101)連接，抽氣泵(502)與抽氣閥(405)連接； 第二氣壓計(501)固定在抽氣泵(502)的抽氣口，用于測量抽氣氣壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于等離子體產(chǎn)生腔體(2)和等離子體射流腔體(4)的采用鋁材料，且表面鍍鎳。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種平面射流等離子體產(chǎn)生裝置，主要解決目前射流等離子產(chǎn)生裝置中等離子體穩(wěn)定性差、溫度高、面積小、密度和流速分布不均勻的問題。整個裝置包括等離子體產(chǎn)生腔體(2)、電源裝置(3)和氣壓調(diào)節(jié)裝置(5)，等離子體產(chǎn)生腔體(2)的左側(cè)和右側(cè)分別與導流裝置(1)和等離子體射流腔體(4)連接；導流裝置(1)的進氣端和等離子體射流腔體(4)的出氣端氣壓調(diào)節(jié)裝置(5)連接，等離子體射流腔體(4)上開有電極通孔和觀察窗，用于施加正交電磁二維場；電源裝置(3)為等離子產(chǎn)生腔體(2)提供電源。本發(fā)明延長了等離子體持續(xù)時間，降低了等離子體溫度，擴大了均勻等離子體的面積，可用于研究電磁場對射流等離子體的影響。
文檔編號H05H1/46GK102781157SQ201210245290
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月17日
發(fā)明者付強新, 劉彥明, 李小平, 艾偉, 謝楷, 趙良 申請人:西安電子科技大學