基本介紹
- 中文名：電漿射流風洞
- 外文名：plasma jet wind tunnel
- 產生：高焓電漿射流
- 作用：飛行器電漿鞘層電磁特性研究
- 一級學科：航空航天科技
- 二級學科：航空航天術語
簡介,背景,分類,微波驅動式電漿風洞,電弧式電漿風洞,直流放電或射頻放電式電漿風洞,感應熱式電漿風洞,
簡介
電漿是一種由大量電子、離子和中性粒子組成且總體上呈中性的物質聚集體，它不同於物質的氣態、液態和固態，而被稱為物質的第四態。電漿的套用領域非常廣泛，如電子、加工、材料等。在航空航天領域，電漿具有隱身、助燃、降噪等功用，近十幾年來，電漿在空氣動力學中的套用研究一直是研究的熱點，如：電漿增升減阻、流動控制、電場體力推進等。電漿流動控制與目前傳統的常規流動控制相比，潛在的優勢有：(1)不需要活動的氣動控制面；(2)流動控制回響快；(3)流動控制位置靈活，飛行器上任何需要的位置都可以布置。
開展電漿空氣動力學研究主要有兩個途徑：一是研製電漿風洞，建立電漿流場試驗環境；二是研製小型電漿發生器，將其安裝在試驗模型中，用於常規風洞試驗研究。
背景
在高超聲速飛行條件下，飛行器周圍高溫氣體產生了強烈的振動、離解和電離，形成了電漿鞘層。各種測試、控制、導航、通信電磁信號穿過電漿鞘層時，由於電子振盪，電子通過與電漿鞘層中的背景粒子碰撞，將動能傳給背景粒子，這樣就造成入射電磁波自身能量的衰減；另外，電磁波在電漿鞘層中會產生法拉第旋轉，從而造成極化失真。正是由於電磁信號的衰減和失真，從而引起飛行器與外界的通信中斷，即“黑障”問題。因此開展電漿鞘層電磁特性研究，對軍事和民用空間通訊都具有重要的現實意義。
在高超聲速飛行器電漿鞘層電磁特性的研究工作中，風洞流場的電子數密度、電子溫度及其空間分布是最重要的影響參數。針對這些風洞流場關鍵參數的診斷，基於高頻電漿風洞，對高頻電漿風洞不同運行功率、不同氣體流量條件下射流核心區域的電子數密度和電子溫度進行測試，研究電子數密度和電子溫度隨風洞運行參數的變化規律。
分類
微波驅動式電漿風洞
美國普林斯頓大學設計和建造了一座超聲速微波驅動式電漿風洞，用以研究電漿對流動機理等方面的影響。該風洞試驗段尺寸51mm*51mm，試驗M數為3，試驗段靜壓5600Pa，靜溫110K。電漿由頻率2.45GHz、脈衝1ms、50kW的微波輻射產生並導入超聲速流場。微波由安裝在洞壁上側的微波視窗引入，通過反射板使其偏轉90°成水平方向。然後，微波與氣流一起流過噴管，自誘導形成電漿超聲速流場，反射板上開有直徑6.4mm的密布小孔，以便能在反射微波的同時,允許氣流通過。
電弧式電漿風洞
美國斯維爾德魯普技術有限公司(Sverdrup Tchnology,Inc.)和空軍阿諾德工程發展中心(AEDC)研製了超聲速電弧電漿風洞。該風洞將蓋爾丁型(Gerdien-type)等離子發生器電極的正極鑲嵌於15°的風洞錐型噴管喉道中,試驗氣體(氬氣)流經電弧並通過噴管膨脹後，射入直徑178mm、長1219mm的耐熱玻璃管試驗段。
電漿風洞
電漿風洞