等离子体隐身技术在飞行器上的应用与发展

论述了一种全新的隐身技术——等离子体隐身技术在飞行器上应用的概念．以及等离子体隐身技术的发展现状和发展趋势，对等离子体技术在我国的发展和应用提出了建议。     

国外等离子体流动控制风洞试验技术研究

等离子体是一种由大量电子、离子和中性粒子组成且总体上呈中性的物质聚集体,它不同于物质的气态、液态和固态,而被称为物质的第四态。等离子体在航空航天器隐身、降噪、推进及空气动力学等方面的应用一直是国外发达国家的重点研究领域之一。归纳总结了国外研究的主要等离子体风洞形式和等离子体发生器形式;探讨了低、跨、超声速风洞模型上等离子体的作用机理和产生的现象,介绍了在等离子体流动控制方面开展的风洞实验技术研究。     

等离子体表面技术的研究与应用

概述了离子注入、离子束沉积、等离子喷涂、离子镀、等离子体增强化学气相沉积、等离子体化学热处理和双层辉光离子渗金属等等离子体表面技术的基本原理和最新进展,并给出了部分典型实例。     

等离子体气动激励诱导空气流动的PIV研究

为了揭示等离子体气动激励与边界层相互作用的物理机制,作者进行了等离子体气动激励诱导空气流动的PIV研究。实验结果表明：毫秒、微秒等离子体气动激励诱导空气流动以“启动涡”和“壁面射流”的形式出现;当激励电压为12kV时,最大诱导速度约为3m／s;激励电压越大,“启动涡”和“壁面射流”的强度越大;脉冲激励的作用强度和作用范围要强于定常激励。该结论为提高等离子体流动控制的作用能力提供了指导。     

等离子体点火与助燃技术在航空发动机上的应用

等离子体点火与助燃技术是能源与动力领域的研究前沿。介绍了等离子体点火与助燃技术的研究背景和意义,分析了其基本原理,给出了常见的等离子体点火与助燃的类型,阐述了等离子体通过热强化、动力学强化与输运强化3种强化燃烧机制,利于点火助燃。针对国内外等离子体点火与助燃技术在航空发动机上的研究现状,提出了预燃式等离子体射流点火和旋转滑动弧助燃2种新型等离子体点火助燃方案,对等离子体点火与助燃技术在航空发动机上的实际应用进行了展望。     

螺旋波等离子体推进研究进展

螺旋波等离子体推力器是一种新概念磁等离子体推进装置,以其电离率高、无电极烧蚀、寿命长、比冲高等优点受到国内外学者的广泛关注,该新型推力器在未来长寿命深空探测器和卫星的动力系统中具有广阔的应用前景。概述了螺旋波等离子体推力器的系统组成和工作原理、重点介绍了该推力器的研究进展、现状和关键技术,总结了国外在研的四种典型的推力器结构类型,并根据实际情况,提出了国内螺旋波技术在电推进领域的研究方向和发展思路。     

激光深熔焊接等离子体发射光谱诊断研究

综述了激光等离子体发射光谱诊断的基本假设;介绍了电子温度、密度光谱计算最常用的方法;同时综述了国内外激光焊接等离子体光谱诊断的研究进展.旨在对激光焊接等离子体光谱诊断基本理论和当前的研究进展进行全面的梳理,并对开展激光焊接等离子体光谱试验工作提供理论支持和技术参考.     

等离子体在航空隐身工程应用的若干问题探索

国外关于俄罗斯第五代战斗机1.44的隐隐约约报导,以及关于美国B-2轰炸机用电动力学减阻及等离子隐身的点滴分析,引起了世界航空界的关注。国内也掀起了用等离子体隐身的研究热潮。这是一件大好事。等离子体与雷达电磁波可以互相作用是众所周知的,但国外由预先研究到工程应用,也经历了20多年。问题是我们跟踪这一技术途径时,要解决一系列难题,并尽快研制出能产生高电子数密度(4.02×1018/m3)、尺寸小、耗能低(几十千瓦)、寿命长的等离子体发生器来,以供飞机在外围自由空间大面积的使用。进行技术设计时,应选择有限目标,根据作战任务,寻求最有利的等离子体频率、碰撞频率、雷达入射波频率、电子数密度空间分布等参数的最佳组合,以获最好阻抗匹配。应利用等离子体能反射、折射、吸收、干扰雷达波的机理,巧妙使用相干与湍流,碰撞与截止,以最小的能源消耗,获得最大的雷达回波损失。由于等离子体内部波动状态十分复杂,又难以保持其稳定性,因此,对雷达波反射几乎是不可避免的,处理这一问题时主要是让其偏离原来的方向。     

等离子体清洗技术及其在复合材料领域中的应用

低温等离子体作为材料表面改性技术的应用已经非常广泛,其中一项重要应用是作为一种干法清洗技术有效清除材料表面的有机污染物及氧化层,同时改善材料表面的物理及化学性能.本文对等离子体清洗技术的机理、类型及效果特点进行了详细分析,介绍了等离子体清洗设备及影响其清洗效率的工艺参数,并着重分析了等离子体清洗技术在复合材料领域的应用现状及应用前景.     

等离子体对超燃燃烧室凹腔性能影响的数值研究

在超燃燃烧室凹腔上游及其底部近前壁面处布置电极产生丝状等离子体,基于准直流电弧放电热阻塞原理,采用数值模拟方法研究了等离子体对燃烧室均温、凹腔均温、剪切层、凹腔阻力以及质量交换率的影响.结果显示:等离子体对燃烧室整体的温升效应可以忽略,但能够明显提高凹腔内平均温度;受丝状等离子体对凹腔的预热及对剪切层的“切割”作用,剪切层中沿流动方向的涡强度降低,从而降低了凹腔前缘及后缘撞击激波强度,使其附近压力分布更平滑;丝状等离子体存在时,凹腔阻力系数明显下降,质量交换率也大幅提高,但增大等离子体输入功率对改善控制效果的影响不明显.     

航空等离子体动力学：未来新型飞行器/发动机的重要技术支撑

新一代航空器和反导体系的发展,均离不开新的技术支撑。航空等离子体动力学被航空发达国家列为重点发展的基础领域之一。文章从等离子体流动控制改善气动性能和推进效能、等离子体材料处理与表面强化以及磁流体动力与等离子体点火助燃等方面,阐述了这一新技术诱人的发展前景。     

等离子体产生方法及隐身技术分析

阐述了等离子体的基本概念及其产生的一般方法,重点分析了气体放电管产生等离子体的物理机制以及等离子体的隐身机理,介绍了等离子体隐身技术的发展现状.     

AC-SDBD等离子体激励防/除冰研究现状与展望

层流控制、复合材料、全电驱动等创新性航空技术的应用给传统防/除冰方法带来了新的挑战。基于高电压驱动的表面介质阻挡放电等离子体激励新概念防/除冰方法因其没有复杂的机械构造和潜在的气动耗损，从而有潜力成为下一代飞行器采用的防/除冰方法。该综述从飞行过程中的结冰与防/除冰研究、等离子体空气动力与热激励特性研究、等离子体激励防/除冰研究等三个方面，对等离子体防/除冰方法的研究现状和发展趋势进行了分析，指出等离子体防/除冰研究的关键科学问题主要包括：1）以等离子体空气动力与热激励为主要因素的多物理场耦合机制；2）等离子体激励下多物理场非平衡相变演化规律与防/除冰机理。上述科学问题的研究包含了等离子体物理特性、流动控制机理、结冰机理、防/除冰规律等众多流体力学前沿方向，等离子体防/除冰研究的难点在于涉及多物理场耦合和多时间尺度，因此，相应的数值模拟方法与实验观测技术成为解决上述科学问题的关键突破点。探索等离子体激励防/除冰机制以及解决面向工程应用的技术问题，是下一步需要聚焦的研究方向。     

CO2激光焊接等离子体对入射激光传输的影响及其三维重建分析

叙述了高功率密度激光焊接时激光焊接等离子体对入射激光的反射、折射、吸收、散射等现象以及对激光焊接等离子体的诊断和抑制方法;介绍了对激光焊接等离子体的三维同步高速摄影以及通过三维同步高速摄影照片对激光焊接等离子体的三维重建.     

等离子体气动激励体积力的实验研究

等离子体流动控制作为一种新概念主动流动控制技术,其物理作用依据之一是“动力效应”。体积力作为表征“动力效应”的重要参数,对研究等离子体流动控制的原理具有重要意义。介绍了实验原理及系统的基本组成,对等离子体气动激励体积力进行了实验测量。结果表明：体积力的大小在mN量级;固定激励频率,激励电压增大时,体积力增大,且线性关系非常明显;固定激励电压,体积力受激励频率的影响不大。     

用于飞行器的强电离放电非平衡等离子体隐身方法研究

着重研究了等离子体临界电子密度、电子等离子体频率等参数对电磁波的折射、吸收、反射的影响。在此基础上,采用了强电场电离放电方法,在放电间隙内产生高密度、高能量的电子,它足以电离氮、氧等气体,在飞行器表面形成具有一定梯度的高密度等离子体层,能够吸收、折射电磁波,衰减雷达散射面积达千余倍。该等离子体器件是一个很薄的组合件,仅有百余克重,可贴附在电磁波强散射部位和进气道壁上。此方法具有吸收频带宽、吸收率高等特点,有望成为机载微型等离子体产生器件。     

等离子体隐身结构机翼的RCS分析

等离子体隐身是利用等离子体回避雷达探测系统的一种技术.本文介绍了飞机等离子体隐身的原理,提出了一种在飞机机翼封闭前缘内产生离子体的隐身结构设计方案,进而采用CST NWS高频电磁分析软件,对等离子体隐身结构机翼与金属机翼的RCS进行了分析、对比.研究表明,在前缘设置等离子体隐身结构可以改善机翼的总体雷达散射特性.     

“月牙形凸台+等离子体激励器”结构改善气膜冷却效果的数值研究

利用等离子体激励器作为改善气膜冷却效果的方法在近年来得到了初步研究,但现阶段改善程度依然有限.提出“月牙形凸台十等离子体激励器”新型气膜冷却结构,通过CFD计算方法分析常规圆形孑、带月牙形凸台和带等离子体气动激励等不同气膜冷却结构的流场特性、温度场特性和冷却效率.结果表明:在圆形孔气膜冷却结构中,流场中形成了肾形涡对,由于肾形涡对使得冷流抬离壁面以及卷吸热流的作用,壁面的冷却效果最差;冷流经过等离子体激励器或月牙形凸台后,流场产生了反肾形涡对,抑制了肾形涡对的结构尺寸和强度,与圆形孔气膜冷却结构相比,气膜冷却效果在展向和流向上得到较大改善;在“月牙形凸台十等离子体激励器”气膜冷却结构中,冷热流掺混后形成的反肾形涡对强度最大,并且显著提高了孔间区域的冷却效率,在各吹风比下气膜冷却效果最佳.     

温度、密度对目标等离子体隐身效果影响的FDTD分析

采用等温近似,给出覆盖目标的不均匀的、各项同性的、热的、碰撞的、等离子体的电磁反射的三维FDTD算法的公式。在一维条件下,计算了不同密度分布、不同温度的等离子体对电磁波的反射系数。给出了温度、密度对电磁波在等离子体中的碰撞吸收的影响。结果显示,增大等离子体的温度和密度将有利于等离子体对电磁波的吸收,增大吸收的带宽,减小等离子体覆盖目标对电磁波的反射。     

等离子体气动激励控制激波的实验研究

在机械式和气动式激波控制方法的基础上,提出了激波控制的等离子体气动激励方法。采用电弧放电等离子体气动激励方式,设计了电弧放电等离子体气动激励器,在小型暂冲式超声速风洞中开展了等离子体气动激励控制尖劈斜激波的实验研究。结果表明,等离子体气动激励能够有效控制激波。实验研究了磁场对激波控制效果的影响,结果表明施加磁场使得激波控制效果显著增强。从热效应机理角度出发,建立了等离子体气动激励控制激波的热阻塞模型,采用该理论模型预测的激波变化规律与实验结果一致,从而验证了热阻塞模型的合理性。由于等离子体气动激励方法具有响应迅速、控制灵活等优点,因此将成为激波控制领域一条新的有价值的技术途径。