低温等离子体辅助加工综述

随着航空航天、国防科技、能源等领域的快速发展,具有优良机械性能的高强度合金材料及复合材料得到广泛应用,实现这些材料的高效精密低损伤加工具有重要意义。低温等离子体富含活性粒子,能有效改善材料的可切削性,且较易产生、维持和控制,已被广泛应用于难加工材料的辅助加工过程中。在介绍低温等离子体基本特性及分类的基础上,结合国内外低温等离子体辅助加工技术的研究现状,以表面粗糙度、材料去除率、表面损伤、切削力等参数为评价指标,分别阐述了等离子体熔射成形技术、等离子体加热辅助切削技术、冷等离子体射流辅助抛光技术、冷等离子体射流辅助切削技术等的作用机理及效果,并对其发展趋势进行了展望。     

基于滑动弧的航空发动机燃烧室头部喷雾特性

发明了航空发动机燃烧室滑动弧等离子体燃油裂解头部,并开展了燃油喷雾性能实验,实验研究了不同放电电压下滑动弧等离子体对燃油喷雾性能的影响规律。结果表明,实施滑动弧等离子体燃油裂解之后,初次雾化的燃油在高温电子的碰撞下高碳链的燃油分子被打断成低碳链的小分子,燃油的黏性力降低,雾化性能得到提升。随着放电电压的升高,燃油喷雾的雾化锥角增大,SMD平均值减小,不均匀系数下降,燃油喷雾的均匀性得到明显的改善。当入口空气流量为20 m³/h,余气系数为0.6时,未施加等离子体的燃油喷雾的雾化锥角为43°,SMD平均值为93.545 6 μm,不均匀系数为0.304,当放电电压达到200 V时,燃油喷雾的雾化锥角增大到75°,SMD平均值减小为89.690 6 μm,不均匀系数下降到0.233。     

ECR中和器改进试验研究

目前国内电子回旋共振(ECR)中和器的研究存在电子束流不能连续引出的问题,为此通过改进中和器天线结构及优化电子引出孔径来改善中和器的性能。试验结果表明：中和器结构改进及优化后其电子束流可以随着接触电压的升高而连续变化,同时提高了中和器的推进剂利用效率、降低了电子产生损耗。推进剂利用效率和电子产生损耗在中和器结构改进前后分别为1.278 9和194.573 W/A,1.659 8和126.3 W/A。试验还通过静电探针诊断出中和器耦合天线附近等离子体密度分布在1.72×10¹⁷~12.1×10¹⁷ m^-3范围内。     

等离子体诊断中扫描电压源的研制

详细叙述了扫描电压源的硬件和软件组成,并通过采用PCI-6251数据采集卡、PA93功率放大电路和虚拟仪器软件LabVIEW及工控机相结合, 突破了关键技术,成功研制了一套扫描电压源并应用于等离子体诊断,使整个测试过程非常快, 可以在秒级的时间内完成, 相对于手动测试,该实验得到的数据更为精确, 实时获得了等离子体的伏安(I-V)特性曲线和数据处理结果。     

CME影响下L1点附近等离子体及共生微波爆发的射电辐射机制研究

CME在产生和发展过程中与日冕和行星际介质相互作用并发出不同波长的射电辐射．在研究了无CME时空间等离子体的各种辐射机制基础上,统计分析了1999年2月至1999年8月期间有较大的CME发生情况下,在CME影响下L1拉格朗日点附近等离子体参数发生变化后的射电辐射机制．分析结果表明,其射电辐射机制主要是轫致辐射、微量的回旋辐射和更加微弱的复合辐射．此外,分析讨论了1999年2月至1999年8月期间与CME共生的太阳微波爆发．分析结果表明,与CME共生的是微波逐渐型爆发、尖峰爆发,其辐射机制主要是轫致辐射、回旋共振辐射、等离子体辐射及电子回旋脉泽辐射．     

低功率非冷却等离子体炬试验研究

介绍了一款新型等离子体炬的结构设计和试验研究情况.在地面试验条件下,低功率非冷却直流等离子体炬能够可靠启动并长时间稳定运行,并在多种燃油、燃气燃烧器中实现可靠点火.试验发现:电流大小和工质气体成分对等离子体炬的电极使用寿命和运行稳定性影响明显.     

气隙构型对高频交流SDBD防除冰激励器的温升影响

等离子体激励具有电离效应、气动效应和热效应,可被用于飞行器防除冰。背面电极的气隙构型对于交流供电的沿面介质阻挡放电（SDBD）防除冰激励器的单周期放电次数和放电电荷分布均有影响,电源频率也为影响激励器温升的重要因素。目前对于交流SDBD温升效果的研究均是基于背面电极无气隙的构型,且缺乏激励频率大于15 kHz的高频条件。为此制作了背面电极有气隙和无气隙的对照构型,在35~55 kHz的高频范围内,采用电学特性、红外测温、放电形态相结合的方式研究了交流SDBD防除冰激励器温升特性。结果表明：施加相同的电压或频率时,背面电极有气隙构型的SDBD激励器的裸露正面最高温度相比无气隙构型激励器可提高至151.51%;背面电极气隙的存在也可以使激励器正面尤其是正面等离子放电反方向的温升区域扩大;增加频率使交流SDBD激励器的温度非线性提高,有助于降低高压击穿风险。     

“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.     

等离子体强化燃烧的目前研究进展

介绍了等离子体强化燃烧的基本原理,总结了等离子体强化燃烧的3种途径,分别是热强化、动力学强化与输运强化;对国际上,特别是国内在等离子体强化燃烧的应用验证、作用机制和数值仿真研究方面的最新代表性成果进行了综述.提出了等离子体强化燃烧的4个研究方向,分别是等离子体强化燃烧机理、多场耦合建模与仿真、测试诊断研究,以及等离子体强化燃烧在航空发动机中应用的其他科学与技术问题,同时提出了开展这4方面研究工作的一些建议,主要是定量研究等离子体点火与助燃的3种效应,分别建立各效应与点火特性、助燃特性之间的关系;建立等离子体强化燃烧的详细动力学模型;应用先进的测试诊断设备,发展等离子体强化燃烧的新型测试技术;考虑等离子体点火与助燃应用到不同类型发动机燃烧室时的匹配问题,特别是等离子体电源的小型化与轻型化问题等.      

放电电阻对等离子合成射流激励器特性的影响

设计了一种射流出口为竖直圆孔的等离子体合成射流激励器(PSJA),旨在研究在不同放电电阻时激励器的特性。实验中通过电参数测量、高速纹影观察获得了放电电阻为300、200、100 Ω的激励器放电特性及瞬态流场特性。结果表明:放电过程由于限流电阻的存在,可分为两个阶段,即急剧放电阶段和缓慢放电阶段。这一模式在满足较高初始能量注入的同时可以持续为激励器提供能量,有效提高了稳定性。同时,观察到较小的放电电阻,可以获得较大的射流速度,流动控制能力更强。但减小放电电阻,会导致放电电流增大,射流速度不稳定,工作稳定性变差。在实际应用中,需要综合考虑并确定最终的电阻值,确保两个放电阶段能量的合理分配。