專利名稱：動(dòng)壓式高能合成射流激勵(lì)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高能射流/噴流發(fā)生裝置，尤其是一種利用高速來(lái)流動(dòng)能快速 增填激勵(lì)介質(zhì)的動(dòng)壓式高能合成射流激勵(lì)器。
背景技術(shù)：
早期的高能合成射流激勵(lì)器是由美國(guó)霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室2003年提出 的一種等離子體合成射流激勵(lì)器。該激勵(lì)器由一個(gè)帶有出口的殼體及其陽(yáng)極和陰極構(gòu) 成。其工作周期可分為三個(gè)階段第一階段，沉積能量；第二階段，排出射流；第三階 段，吸氣復(fù)原。在一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)激勵(lì)器出口的氣體質(zhì)量通量為0，動(dòng)量通量不為0， 形成的合成射流具有高速特性，這就使得利用等離子體合成射流激勵(lì)器對(duì)高速流動(dòng)介質(zhì) 實(shí)施控制成為可能。但由于第三階段即吸氣復(fù)原階段僅依靠殼體內(nèi)腔的負(fù)壓自然吸氣， 因此，吸氣量較小，而且嚴(yán)重依賴激勵(lì)器工作環(huán)境的氣體密度。氣體稀薄時(shí)，進(jìn)氣量驟 減，使合成射流的速度急劇下降，性能大幅降低；同時(shí)激勵(lì)器殼體冷卻時(shí)間較長(zhǎng)，使得 吸氣復(fù)原階段時(shí)間拉長(zhǎng)，大大減弱了激勵(lì)器的響應(yīng)速度和工作頻率。此外，由于每一階 段放電殼體內(nèi)的等離子體都不能迅速排出，當(dāng)殼體內(nèi)腔外部的電路放電頻率較高時(shí)，就 會(huì)導(dǎo)致腔體內(nèi)連續(xù)放電，以致無(wú)法進(jìn)入吸氣復(fù)原階段，從而不能產(chǎn)生射流。總結(jié)起來(lái)， 這種激勵(lì)器的缺陷可歸納為三點(diǎn)1、氣量小，導(dǎo)致射流的動(dòng)量通量和能量偏小，控制能力減弱；2、殼體內(nèi)腔自然冷卻時(shí)間較長(zhǎng)，直接影響吸氣復(fù)原過(guò)程，使激勵(lì)器的工作頻率 受限，另外，高頻工作時(shí)，腔體內(nèi)殘余離子濃度偏高形成連續(xù)放電，也限制了激勵(lì)器的 工作頻率，這樣就導(dǎo)致了復(fù)原時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；3、工作環(huán)境氣壓與密度偏低，使得殼體內(nèi)腔進(jìn)氣量不足，不能有效形成射流， 從而導(dǎo)致稀薄氣體環(huán)境下無(wú)法工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種能夠有效適 應(yīng)稀薄大氣環(huán)境，響應(yīng)速度快，復(fù)原時(shí)間短，流量大的動(dòng)壓式高能合成射流激勵(lì)器。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，所提供的動(dòng)壓式高能合成射流激勵(lì)器，參見(jiàn)圖1 2，具有殼體3。其技術(shù)特點(diǎn)在于，所述殼體3的上底面開(kāi)有一個(gè)動(dòng)壓進(jìn)口 10和一個(gè)射流 出口 2。所述殼體3的內(nèi)腔1內(nèi)軸向一端設(shè)有帶第一腳線5的陽(yáng)極6;該內(nèi)腔1內(nèi)軸向設(shè) 置陽(yáng)極6 —端的另一端設(shè)有帶第二腳線8的陰極7。所述第一腳線5同軸線置于所述陽(yáng) 極6的外側(cè)；所述第二腳線8亦同軸線置于所述陰極7的外側(cè)。所述陽(yáng)極6外側(cè)的第一 腳線5上同軸線裝有可通過(guò)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)陽(yáng)極6在所述內(nèi)腔1內(nèi)沿軸線自由往復(fù)滑動(dòng)的第一螺 母4;同樣，所述陰極7外側(cè)的第二腳線8上同軸線裝有可通過(guò)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)陰極7在所述內(nèi) 腔1內(nèi)沿軸線自由往復(fù)滑動(dòng)的第二螺母9。故可由此通過(guò)依次旋轉(zhuǎn)上述第一螺母4、第二 螺母9帶動(dòng)陽(yáng)極6、陰極7作相向或反向滑動(dòng)，以改變殼體3的內(nèi)腔1的容量大小，借以適應(yīng)激勵(lì)器的不同工況。上述與第一螺母4同軸線相接的第一腳線5和與第二螺母9同 軸線相接的第二腳線8分別用于連接外供電源。上述射流出口 2可以是圓柱形，也可以 是收縮式噴管形，還可以是收縮-擴(kuò)張式拉法爾噴管形；而上述動(dòng)壓進(jìn)口 10可以是埋入 式橢圓形或凸起式橢圓形，也可以是直通型橢圓形或收縮型橢圓形。本發(fā)明的工作原理是，利用外部高速來(lái)流所具有的動(dòng)能迅速增填上述結(jié)構(gòu)的動(dòng) 壓式高能合成射流激勵(lì)器的腔體內(nèi)介質(zhì)，使本激勵(lì)器的腔體內(nèi)的介質(zhì)快速稠密化。本激 勵(lì)器的工作周期亦分為三個(gè)階段。本激勵(lì)器在第一階段即動(dòng)壓增填階段，通過(guò)外部高速 來(lái)流所具有的高動(dòng)能，對(duì)其動(dòng)壓進(jìn)口 10附近的流體產(chǎn)生壓縮作用，形成一股進(jìn)氣流并使 腔體1內(nèi)的稀薄空氣快速稠密化，提高腔體1的充填速率和工作效率；在第二階段即能量 沉積階段，通過(guò)陽(yáng)極6與陰極7之間火花放電產(chǎn)生的熱量，迅速加熱腔體1中的氣體，使 腔體1內(nèi)的氣體急劇增溫增壓，導(dǎo)致腔內(nèi)氣體能量顯著增加，從而為高能射流的形成儲(chǔ) 備能量；在第三階段即射流排出階段，外部高速來(lái)流在動(dòng)壓進(jìn)口 10附近產(chǎn)生局部高壓， 使動(dòng)壓進(jìn)口 10成為氣體單向進(jìn)入通道，大流量高溫高壓氣體在射流出口 2處高速噴出， 形成高能合成射流。此時(shí)腔內(nèi)壓強(qiáng)和溫度降低，迅速進(jìn)入下一個(gè)動(dòng)壓增填階段，開(kāi)始下 一個(gè)工作周期。本發(fā)明的有益效果是1)充分利用高速流動(dòng)環(huán)境動(dòng)壓對(duì)激勵(lì)器腔體進(jìn)行增壓，使激勵(lì)器腔體大氣稠密 化，解決了稀薄氣體環(huán)境下現(xiàn)有合成射流激勵(lì)器無(wú)法工作的問(wèn)題，同時(shí)還大幅提高了合 成射流量，解決了現(xiàn)有合成射流激勵(lì)器射流流量偏小、復(fù)原時(shí)間偏長(zhǎng)的問(wèn)題；2)與負(fù)壓自然吸氣方式相比，本發(fā)明的充填激勵(lì)器腔體的動(dòng)壓進(jìn)氣方式所需時(shí) 間大大縮短，冷卻激勵(lì)器腔體所需的時(shí)間也大大縮短，從而大幅度提高了工作頻率和響 應(yīng)速度；3)充分利用外部高速流動(dòng)壓來(lái)排出每一次射流排出腔體后殘存于腔體內(nèi)的等離 子體，使激勵(lì)器腔體內(nèi)的放電呈脈沖形式而不是連續(xù)形式，有效地提高了激勵(lì)器的工作
頻率；4)無(wú)需設(shè)置流體供應(yīng)系統(tǒng)和閥門(mén)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低、控制元件 集成易于批量生產(chǎn)的特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明動(dòng)壓式高能合成射流激勵(lì)器一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示動(dòng)壓式高能合成射流激勵(lì)器的外形結(jié)構(gòu)示意圖。以上圖1 2中的標(biāo)示為1-內(nèi)腔，2-射流出口，3-殼體，4-第一螺母，5-第一腳線，6-陽(yáng)極，7-陰極，
8-第二腳線，9-第二螺母，10-動(dòng)壓進(jìn)口。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)附圖1 2，本發(fā)明動(dòng)壓式高能合成射流激勵(lì)器的該實(shí)施例，為加快殼體的 冷卻速度，取材機(jī)械加工特性和絕緣特性俱佳的，其厚度為2mm的玻璃陶瓷板型材，或 導(dǎo)熱系數(shù)較大的，其厚度為2mm的氮化硼板型材制作殼體3。殼體3呈長(zhǎng)方體形狀，尺 寸為60X IOX 10mm3。殼體3如圖1所示其上底面軸向兩側(cè)開(kāi)設(shè)動(dòng)壓進(jìn)口 10和射流出口 2。其中的動(dòng)壓進(jìn)口 10，為了增加進(jìn)氣流的流量，做成呈凸起狀的橢圓孔形，與外部高速 來(lái)流反向，以便高效利用來(lái)流之動(dòng)壓增加可捕獲的流量；而射流出口 2則呈圓孔形，為 了提高射流速度，可以將其做成截面呈喇叭狀的收縮式噴管形或收縮-擴(kuò)張式拉法爾噴 管形。殼體3的內(nèi)腔1的軸向一端設(shè)帶第一腳線5的陽(yáng)極6，設(shè)置陽(yáng)極6 —端的另一端 設(shè)有帶第二腳線8的陰極7。其中陽(yáng)極6取材黃銅制作，陰極7取材石墨制作，呈圓錐 形，以降低對(duì)擊穿電壓的要求，減小所需外部電源的功率和體積。第一腳線5同軸線置 于陽(yáng)極6外側(cè)；第二腳線8同軸線置于陰極7外側(cè)。陽(yáng)極6外側(cè)的第一腳線5上同軸線 安裝可通過(guò)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)陽(yáng)極6在內(nèi)腔1內(nèi)沿軸線自由往復(fù)滑動(dòng)的第一螺母4;陰極7外側(cè)的 第二腳線8上同軸線安裝可通過(guò)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)陰極7在所述內(nèi)腔1內(nèi)沿軸線自由往復(fù)滑動(dòng)的第 二螺母9。使第一螺母4旋轉(zhuǎn)時(shí)可帶動(dòng)陽(yáng)極6相對(duì)陰極7作相向或反向滑動(dòng)以改變殼體3 的內(nèi)腔1的容量大??；同樣，第二螺母9旋轉(zhuǎn)時(shí)亦可帶動(dòng)陰極7相對(duì)陽(yáng)極6作相向或反向 滑動(dòng)同樣改變殼體3的內(nèi)腔1的容量大小，從而借以適應(yīng)激勵(lì)器的不同工況。與第一螺 母4同軸線相接的第一腳線5和與第二螺母9同軸線相接的第二腳線8分別可用于連接外供電源。由此構(gòu)成的本發(fā)明的動(dòng)壓式高能合成射流激勵(lì)器經(jīng)試制試用被證明效果顯著， 達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。該動(dòng)壓式高能合成射流激勵(lì)器試用記錄記載，當(dāng)激勵(lì)器工作時(shí)，依靠 外部高速來(lái)流的動(dòng)壓，壓縮動(dòng)壓進(jìn)口 10附近的流體，產(chǎn)生局部高壓。在動(dòng)壓增填階段， 依靠動(dòng)壓進(jìn)口 10附近的局部高壓，使更多的流體以更快的速率進(jìn)入激勵(lì)器的腔體1內(nèi)， 增大腔體中的氣體密度和壓強(qiáng)；在能量沉積階段，由于腔體1內(nèi)氣體壓強(qiáng)的升高，電極 間放電產(chǎn)生的熱量具有更高的向氣體內(nèi)能的轉(zhuǎn)化效率，使腔內(nèi)氣體的溫度更高、壓強(qiáng)更 大，進(jìn)而可在射流噴出階段形成能量和頻率更高的合成射流。而具備這種高能量、高頻 率合成射流的本發(fā)明除了可作為一種高能射流激勵(lì)器使用，還可以作為一種可提供推力 或姿態(tài)控制力的小型推力器使用。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)壓式高能合成射流激勵(lì)器，具有殼體(3)，其特征在于，所述殼體(3)的上 底面開(kāi)有一個(gè)動(dòng)壓進(jìn)口(10)和一個(gè)射流出口(2)，所述殼體(3)的內(nèi)腔(1)內(nèi)軸向一端設(shè) 有帶第一腳線(5)的陽(yáng)極(6)；該內(nèi)腔(1)內(nèi)軸向設(shè)置陽(yáng)極(6) —端的另一端設(shè)有帶第二 腳線⑶的陰極(7)，所述第一腳線(5)同軸線置于所述陽(yáng)極(6)的外側(cè)；所述第二腳線 (8)亦同軸線置于所述陰極(7)的外側(cè)，所述陽(yáng)極(6)外側(cè)的第一腳線(5)上同軸線裝有 可通過(guò)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)陽(yáng)極(6)在所述內(nèi)腔(1)內(nèi)沿軸線自由往復(fù)滑動(dòng)的第一螺母(4)；同樣， 所述陰極(7)外側(cè)的第二腳線(8)上同軸線裝有可通過(guò)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)陰極(7)在所述內(nèi)腔(1) 內(nèi)沿軸線自由往復(fù)滑動(dòng)的第二螺母(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)壓式高能合成射流激勵(lì)器，其特征在于，所述射流出口 (2)是圓孔形或收縮式噴管形或收縮-擴(kuò)張式拉法爾噴管形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)壓式高能合成射流激勵(lì)器，其特征在于，所述動(dòng)壓進(jìn)口 (10)是埋入式橢圓形或凸起式橢圓形或直通型橢圓形或收縮型橢圓形。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種動(dòng)壓式高能合成射流激勵(lì)器，其殼體(3)上底面開(kāi)有動(dòng)壓進(jìn)口(10)和射流出口(2)。殼體(3)的內(nèi)腔(1)內(nèi)設(shè)有陽(yáng)極(6)和陰極(7)。陽(yáng)極(6)上裝有可通過(guò)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)其在內(nèi)腔(1)內(nèi)滑動(dòng)的第一螺母(4)；陰極(7)上裝有可通過(guò)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)其在內(nèi)腔(1)內(nèi)滑動(dòng)的第二螺母(9)。該激勵(lì)器利用高速流動(dòng)環(huán)境動(dòng)壓增壓，使合成射流量、工作頻率和響應(yīng)速度大幅提高而所需時(shí)間縮短，且無(wú)需設(shè)置流體供應(yīng)系統(tǒng)和閥門(mén)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低、控制元件集成易于批量生產(chǎn)的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H05H1/30GK102014567SQ201010502479
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月11日
發(fā)明者夏智勛, 王林, 王登攀, 羅振兵, 胡建新 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)