一种中心电弧等离子体发生器的理论模型与实验研究

电热化学发射中,烧蚀毛细管等离子体发生器的放电是电能转化为热能的重要阶段。目前,国内外的研究主要集中在对喷管式的毛细管进行实验和理论分析。但喷管式的毛细管却有其不可克服的缺点。因此,笔者提出了采用中心电弧式的毛细管,并从理论上对其进行了描述,同时针对一种通用的材料———聚乙烯在多种贮能条件下进行了放电实验研究,得出了一些规律性的认识。实验表明:中心电弧等离子体发生器在电弧稳定性以及能量转换等方面都有独特的优点。     

磁扩散电弧运动图像实验研究

电弧等离子体与气体之间的相互作用机理研究一直在低温等离子领域受到关注。为了获得比较均匀的大面积直流电弧等离子流，设计了一种利用外磁场驱动电弧旋转的等离子发生器。利用高速摄影技术研究了大气压条件下氩电弧等离子体在弧室中的运动情况，得到了典型的螺旋型电弧照片，分析了外部磁场对电弧运动形状、电弧电压的影响和弧根附近的气流扰动情况，认为磁场分布的不均匀性是导致电弧形状多样性和不稳定性的主要原因，而阴极烧蚀引起了弧根区气流扰动的不对称性。     

高稳定性电弧等离子体超声速喷管流动装置

笔者在已研制的壁稳电弧等离子体发生器基础上,改进了阳极结构、加置Laval喷管,建立了一套可长期连续运行的高稳定性电弧等离子体超声速喷管流动装置,超声速电弧射流的不稳定度为1％(纯氩)和3％(氮氩),电弧射流具有很好的稳定性、再现性和对称性。测量表明：超声速电弧射流的电子温度沿流动方向呈现出波浪形周期升降的变化规律。     

基于机器学习的高速复杂流场流动控制效果预测分析

流动控制激励器是主动流动控制技术的核心，其设计水平和工作性能直接决定了主动流动控制的应用效果和应用方向。为了获得流动控制激励器的作用规律，需要大量实验研究激励参数对控制效果参数的影响，实验代价较大。利用逆向等离子体合成射流激波控制实验数据，采用机器学习中的高斯过程回归模型，获得激励器参数（头锥直径、腔体体积、放电电容、出口直径）到控制效果参数（最大脱体距离）的映射规律，对比多种核函数下高斯过程回归的预测效果，采用特征重要性分析方法分析激励器参数对控制效果参数的影响程度。结果表明:对于小样本问题，采用2次多项式核函数Poly2的高斯过程回归预测精度最高。在特征重要性分析上，头锥直径对最大脱体距离的影响程度最大；其次是放电电容和腔体体积，2个参数的影响相近；出口直径影响最小。本文工作可为高速复杂流场流动控制实验中激励器各项参数的设置提供一定参考。     

等离子体激励器对气膜冷却效率的影响

建立了介质阻挡放电等离子体激励模型,模拟了在等离子体激励作用下的平板气膜冷却过程,研究了不同吹风比条件下等离子体激励器的激励和结构参数对气膜冷却效率的影响。结果表明:激励电压越高、电极弧度越大、电极厚度越薄、绝缘材料介电常数越大及绝缘材料厚度越薄,等离子体激励的诱导能力越强,能够改善气膜的贴壁特性,提高冷却效率;激励器激励频率对冷却效率的影响很小。激励器参数的改变不影响冷却效率随吹风比的变化特征。     

等离子体点火器设计及其放电特性研究

基于等离子体放电理论，设计了3种不同形式的等离子体点火器:环形等离子体点火器、碟形等离子体点火器和圆柱等离子体点火器。对于不同的等离子体点火器，研究了在电源激励形式、电压、气体压力变化时的点火器放电特性，并将等离子体点火器与普通火花塞点火器的点火进行了对比分析。结果表明:设计的3种等离子体点火器能够有效地产生等离子体放电流注；随着放电环境的空气气压的逐渐升高，等离子体点火器的临界放电电压不断增大；在低气压时，击穿阈值电压随气压增加呈线性上升，基本符合帕邢定律的放电公式，在高气压时 ，放电阈值电压会偏离帕邢定律。     

涡旋式等离子体反应器流场的试验研究

本文给出了用激光多普勒测速仪（ＬＤＡ）测量涡旋式电弧等离子体化学反应器流场的实验研究结果。实验表明：这类等离子体反应器中，旋流切向速度分量和轴向速度分量径向分布划分成近轴、过渡和近壁区。喷入电弧等离子体射流对等离子体反应器流场的影响区域是近轴区，对过渡区和近壁区没有影响。提高旋流强度，轴向截面上旋流的两个速度分量径向分布分别呈相似的分布形式，等离子体反应器呈层流流动状态。     

介质阻挡放电等离子体对NACA0015翼型流动控制的PIV实验研究

采用粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术,研究了介质阻挡放电等离子体激励对NA-CA0015翼型表面流动分离的控制特性.通过风洞实验,研究了电极电压、电极位置和布置方式等参数对翼型分离控制的影响规律,并初步分析了等离子体流动控制机理.结果表明等离子体激励在失速迎角附近可以有效抑制翼型的流动分离,实现气流的完全再附着;在来流速度为20m/s时,将气流再附着的迎角提高了5°.     

电弧加热器高温流场激光吸收光谱诊断

气流温度和组分粒子数密度是定量评估电弧加热器运行参数和流场品质的关键，常规测试手段难以适应电弧加热器内高温气流的恶劣环境，电弧加热器等离子体气流诊断研究一直缺乏有效手段。本研究应用激光吸收光谱技术，选用原子O（777.19nm）谱线，基于局部热化学平衡等离子体假设，对电弧加热器内高温离解空气（＞5000K）试验气流进行在线诊断。试验测得了总焓H₀=15.8，17.4MJ/kg 2组工况下，电弧加热器内等离子体气流温度和原子O粒子数密度。2组工况获得平均气流温度分别为5843和6047K，对应高温平衡气流表获得气流温度为5950和6335K。测得加热器运行稳定后2组工况的原子O总粒子数密度在（1.1~1.2）×1018cm-3之间，低能级5S₂0粒子数密度在（1.0~1.6）×1010cm-3之间，2组工况原子O总粒子数密度的差异与NASA-CEA平衡计算结果一致，验证了电弧加热器气流局部热力学平衡假设的有效性。本研究工作验证了激光吸收光谱技术可作为高焓电弧加热器常规诊断手段。     

用脉冲光屏法测量高温等离子体流场中的粒子

粒子场测量技术目前广泛用于气液、气固两相流中，但是在等离子体流场中的粒子测量目前尚未很好解决。本文采用序列脉冲激光屏多次曝光摄影法，克服了流场的严重干扰，在电弧加热器等离子体流场中，对飞行速度达２０００ｍ／ｓ的粒子实验获得成功，得到某一截面内粒子的尺寸、空间分布及数密度等参数。     

风轮气动特性及新型动力系统的研究

介绍了风轮的空气动力特性及其对应的各种工况，接着介绍了目前风洞中风轮特性实验研究采用的两种基本方法：测力法和加速度法，探讨了这两种测试方法所存在的问题和应用的局限性，特别是在测力法中，目前广泛应用的两种动力系统对风轮气动特性测试的限制。在此基础上提出一种新型的动力系统－采用脉冲宽度调速技术，并以电流控制内环，转速调节外环的双闭环的动力系统，新型动力系统应用于风轮特性测试结果表明，它完全适用于风洞对     

CO2焊模糊波控逆变电源与平特性逆变电源焊接性能对比研究

本文介绍了CO2 焊模糊波控逆变电源的原理 ,对其焊接性能与带电子电抗器的平特性逆变电源作了对比研究。结果表明 :模糊波控逆变电源无论在焊接飞溅量 ,焊缝成型及可控性 ,还是在焊接过程的稳定性上都较带电子电抗器的平特性逆变电源有很大的提高。并对其原因进行了探讨     

液体捆绑火箭POGO稳定性分析的闭环传递函数法

2003年,CZ-2F火箭成功将"神舟号"飞船送入太空。从遥测数据分析发现,在一级飞行末秒出现逐步增大的低频振动,具有典型的纵向耦合振动(以下称POGO)特征。国内外研究结果表明,液体火箭上升段常产生一种纵向动力学不稳定,它是由箭体结构模态振动和液体发动机的推进系统相互耦合而引起的一种自激振动。火箭结构系统、输送管路系统和动力系统构成了带反馈的闭环控制系统。火箭在飞行过程中,上述系统中的部分参数是变化的,故实际飞行状态对应着时变的系统。但系统在某一固定的飞行秒状态,可按线性时不变系统进行稳定性分析。推导出液体捆绑火箭POGO振动的传递函数,提出了闭环传递函数法并对液体火箭进行了POGO稳定性分析。计算飞行状态的稳定性,结果与飞行发生的情况基本一致;对可能采取的蓄压器参数设计方案,包括氧化剂管路与结构纵向一阶、纵向二阶和助推器局部模态的耦合,进行了稳定性分析,给出了不同结构阻尼时的稳定性裕度。文中的闭环传递函数法具有通用性,适用于液体捆绑火箭的POGO稳定性分析。     

一种功率因数校正电路的分析与实现

介绍了一种用普通开关电源专用集成电路控制块作为控制电路，以升压式变换器作为功率电路的功率因数校正电路。该电路的输出直流电压经采样、误差放大作为电流基准，将Ｂｏｏｓｔ功率开关电流与电流基准比较，当功率开关电流瞬时值小于电流基准时，用专用ＩＣ发出的给定宽度脉冲驱动功率开关；反之，将提前关断功率开关。当负载变化时，电流基准也变化，从而保证了输入电流波形跟踪输入电压波形和输出电压的稳定。本文提出了该电路输入电流的计算方法，编制了分析程序，分析了输入电流的谐波含量，并计算了电路的输入功率因数。得出了在占空度为０．５时获得最大功率因数的条件，提出了获得最大功率因数时电路参数选择的一般原则。同时指出了该电路符合ＩＥＣ５５５－２标准的功率范围。     

巨型晶闸管在大型直流电动机拖动中的应用

巨型晶闸管在国内首次成功地用于大型风洞的动力系统──大型直流电动机拖动系统中，使大型直流拖动的控制系统简化，１０００—３０００ｋＷ系统简化到一个三相全控桥式整流电路，或两个三相全控桥式整流电路并联输出的技术问题上，而且由于系统简单化，潜在的故障因素减少，可靠性增强，维护的工作量也大大减少。本文介绍风洞动力控制系统的实用调速方法，以及用计算机控制速压的方法。     

功率因数校正的数字控制技术应用研究

以单管Boost型PFC电路作为研究对象,分别针对电流断续、电流临界连续和电流连续3种工作模态,详细讨论了数字控制PFC的实现方法和设计过程,并分别给出了样机实验结果;此外,结合MC56F8013的外设资源特点,给出了基于DSP的PFC详细的系统接口设计,包括PWM控制策略和同步控制AD采样环节.对PFC的数字控制方案进行了系统研究,提供了不同工作模式下的完整数字控制解决方案,为功率因数的数字控制技术应用提供了较好的参考作用.     

燃气发生器喷喉面积对导弹发射动力的影响

为提高潜艇的快速反应能力，必须使潜艇具备导弹变深度发射能力，则导弹发射系统就必须提供能量可变的发射动力。根据发射系统内弹道计算模型，针时燃气发生器喷喉面积对导弹发射动力的影响进行导弹运动参数、内弹道性能的计算与分析。在发射筒构造诸元和装填条件确定时．当燃气发生器喷喉面积在一定范围变化，导弹运动加速度、出筒速度以及燃气工质的做功能力发生相应改变。因此提出在喷管内设有一调节锥，通过改变调节锥的轴向位置来控制喷喉面积，以实现有限度的可调发射动力，并给出时应于某发射深度范围的喷喉面积调节范围。研究结果表明．通过控制燃气发生器喷喉面积，使潜射导弹发射动力得到有效调节，从而在理论上能实现导弹变深度发射。     

谐振直流环节逆变器的过零控制

谐振直流环节逆变器的直流环节输出电压为周期性回零的直流脉冲波形，逆变器功率管为实现零电压开关，除了要满足一定的开关规律外，还必须控制在直流脉冲波形的过零处改变开关状态，本文对逆变桥功率管的过零控制作了详细分析，分别以谐振直流环节逆变器和结实型谐振直流环节逆变器为例，讨论了过零控制信号的两种检测方法，直接检测和由控制逻辑转换检测，由分析可见：利用实际电路控制信号之间的逻辑关系获得过零信号简洁，可靠。根据逆变器谐振脉冲保持器的工作原理，提出利用采样保持电路可实现功率管的过零触发，给出了实验波形。