基于不同脉冲电源的超声速气流电离实验研究

为了研究不同脉冲电源对超声速气流电离的影响,探究产生均匀稳定等离子体的方法,在超声速条件下ns脉冲放电实验系统中分别采用FID ns脉冲电源和NSPS3U30F2型脉冲电源对2倍声速的气流进行了电离实验。研究表明FID ns脉冲电源放电时比较稳定,超声速条件下放电电压峰值达到12.3 kV,电流第1个脉冲峰值为15.8A,电流震荡多次后趋于稳定,单脉冲放电能量为1.317 7 mJ,能量利用率较低、均匀性较差、放电较弱,放电频率的增大可以使辉光变强,改善放电特性;NSPS3U30F2型脉冲电源放电时,放电电压峰值仅有3.2 kV,电流第1个脉冲峰值为3.9 A,最大峰值为4.58 A,单脉冲放电能量为3.184 9 mJ,放电呈现为丝状不稳定状态,且沿着气流方向滑动;由于击穿时延的不可忽略性,NSPS3U30F2型脉冲电源只能实现单针放电通道的形成;综合两种电源的优缺点,在超声速条件下实现均匀稳定放电应选用FID ns脉冲电源,研究结果对后续开展磁流体技术相关实验提供了基础。     

美国成功试验高超声速载具上的新发电方法

美国成功试验了高超声速载具上的新发电方法。一台高超声速超燃冲压发动机燃烧器样机模拟8马赫飞行的条件，一个磁流体动力（MHD）发电机可利用源自该样机的排气流发电。这是世界上首次成功验证高超声速MHD发电机。是一种为吸气式高超声速载具提供几个兆瓦级的MHD辅助电力系统的可行方案。[第一段]     

美国成功试验了高超声速载具上的新发电方法

1台高超声速超燃冲压发动机燃烧器样机模拟8马赫飞行的条件，1个磁流体动力（MHD）发电机可利用源自该样机韵排气流发电。     

超级电容器用于建立强脉冲磁场的可行性研究

为解决爆炸磁流体发电机应用设计中储能高压脉冲电容器存在的一些缺点,提出了一种以超级电容器替代高压脉冲电容器作为储能器件建立强脉冲磁场的设计方案。在给出脉冲放电回路中超级电容器的等效电路模型、超级电容器模块的设计原则和储能系统管理方案后,对超级电容器模块振荡放电和非振荡放电两种类型进行了分析计算。超级电容器模块和高压脉冲电容器模块的放电电流仿真波形和模块参数的对比结果表明,在产生同样大的脉冲电流下,超级电容器模块放电持续时间更长,在体积和重量上有一定的优势,用于建立强脉冲磁场是可行的。     

真空直流开断固有介质恢复强度研究

为研究直流开断过程中触头开距、燃弧时间及电流过零时的di/dt对真空开关开断能力的影响,对真空开关分断之后的固有介质恢复强度进行了测量,即不加恢复电压下触头间隙介质的自由恢复过程。文中设计了永磁–斥力混合式快速机构,并采用转移强迫过零开断的方法,在合成回路实验系统中进行了真空小电流直流开断。搭建了用于测量弧后固有介质恢复强度的高压脉冲产生电路,在电流过零之后采用单电源高压脉冲放电法测量了不同触头开距、不同燃弧时间及不同di/dt下的触头间隙的固有介质恢复强度。研究结果表明:该文实验条件下的直流开断过程中存在一个临界开距,在此开距范围内,选择较快的分断速度和较短的燃弧时间,能够提高电流过零后电极间隙的固有介质恢复强度。同等开距同样的燃弧时间下,选择较低的反向电流过零频率能够提高电流过零后的固有介质恢复强度。     

不同类型电源激励下HMDSO添加比例对Ar介质阻挡放电特性的影响

绝缘材料表面湿闪、污闪会对电力系统安全带来隐患.利用低温等离子进行疏水改性,可降低水滴在绝缘材料表面的浸润程度,抑制其吸附污渍、粉尘,进而提高耐湿闪、污闪等沿面耐压能力.为此,可在放电气体中添加疏水反应媒质,在材料表面引入相应疏水性基团,提高其疏水性.该文在Ar大气压介质阻挡放电(DBD)中添加六甲基二硅醚(Hexamethyldisiloxane,HMDSO)作为疏水反应媒质,研究高频、微秒脉冲和纳秒脉冲电源激励下HMDSO添加比例对DBD光学和电气特性影响规律.结果表明,不同电源激励下DBD均呈现丝状放电模式,尤其纳秒脉冲DBD放电区域中出现明亮的放电细丝,添加HMDSO后,DBD均匀性得到改善.高频和微秒脉冲激励下,HMDSO的添加会导致放电电流减小,发射光谱强度降低,放电减弱,而纳秒脉冲激励下放电电流和发射光谱强度先增加后减小,在添加比例为1.5％时,放电电流和发射光谱最大,放电最强.采用等效电路模型计算相应的能量效率,高频DBD能量效率最低,约为20％;纳秒脉冲DBD能量效率最高,约为70％,HMDSO添加对DBD能量效率影响不明显.三种类型电源相比,纳秒脉冲电源激励下放电强度和能量效率最大,在合适的HMDSO添加比例下产生活性粒子的能力更强,可为疏水改性提供更加有利的条件.     

三相异步感应线圈发射器适用的高功率脉冲电源性能分析

异步感应线圈发射器具有良好的应用前景,但是由于存在电源瓶颈和转换效率不高的问题,使得异步感应线圈发射器还不能投入实用。本文分析了异步感应线圈发射器的结构和工作原理,指出只有当其激励电流是对称的才会产生正向行波磁场加速弹丸沿着发射筒轴线正方向运动。根据对称分量法,任意三相电流总可以分解成正序分量、负序分量和零序分量。正序分量和负序分量都是对称的,前者产生正向行波磁场,后者产生逆向行波磁场。零序分量产生脉振磁场。只有正向行波磁场产生正电磁力加速弹丸做正功,而逆向行波磁场产生反向电磁力阻止弹丸前进做负功,脉振磁场会产生附加损耗。因此,为了提高异步感应线圈发射器的转换效率,应该尽量减小激励电流中的负序分量和零序分量。本文还对实验室常用的高压脉冲电容和飞轮发电机用作异步感应线圈发射器的激励电源的性能进行了分析,指出由于存在端部效应和电路参数不匹配等原因,激励电流波形不对称,其中含有大量的负序分量和零序分量。本文最后提出两点建议:一是针对高压脉冲电容用作激励电源,增加匹配网络使得各相等效阻抗和谐振频率相等,精确计算各相电容充电电压和各相依次放电时间,确保最后一相导通后三相激励电流按指数规律衰减的幅值包络线相同。二是研制新型的逆线圈炮型三相脉冲直线发电机用作三相异步感应线圈发射器的激励电源,可以弥补端部效应的影响。     

单极性纳秒脉冲介质阻挡放电电荷传输特性实验分析

单极性高压脉冲电源激发介质阻挡放电（DBD）产生非平衡态等离子体具有很好的前景。为此,基于单极性ns脉冲电源实验研究了DBD电荷传输特性。通过改变实验条件,同时也研究了不同情况下放电的电荷传输以及能量消耗。研究了介质阻挡层厚度、介质阻挡层材料、气隙距离、施加脉冲电压幅值、重复频率和电压极性对放电电荷传输特性的影响。实验...     

低频高压脉冲放电水处理电源设计

采用电容作为储能元器件,气体放电管作为脉冲开关,设计了低频高压脉冲放电水处理电源。结合电流电压双闭环负反馈控制方法,设计了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)逆变直流充电电路,可对储能电容进行恒压限流充电。基于PIC16F72单片机,研制了专门的放电触发时序控制电路,实现了3路高压脉冲放电电路交替放电,脉冲电源放电频率可达200Hz。将该高压脉冲电源应用于日落黄模拟印染废水处理,降解效果显著。     

常压介质阻挡放电平均放电电流的实验研究

为了优化介质阻挡放电(DBD)发生器设计,提高放电效率,实验研究了介质阻挡放电装置的平均放电电流特性,包括用Q-U李萨如图形测量法研究了激励电源特性和发生器结构参数对平均放电电流的影响。实验结果表明:采用高频电源、薄介质和小放电间隙可得到均匀放电;在DBD发生器结构和工作气体属性固定的情况下,提高激励电压幅值和激励频率可增大平均放电电流、提高放电强度;采用薄介质和减小放电气隙宽度都可提高放电强度,得到较大的平均放电电流。因此可以通过改变激励电源参数和放电装置结构有效地调节放电电流。     

μs脉冲等离子体气动激励特性的实验研究

等离子体气动激励特性的测试诊断是揭示等离子体流动控制物理作用机制的重要基础。为此,主要在常规大气环境条件下,对μs脉冲等离子体气动激励特性进行电、光谱和流动特性的综合测试诊断实验研究。实验结果表明:μs脉冲放电的本质是丝状放电,在一个周期内,放电集中在正电压脉冲和负电压脉冲的上升沿;随着激励电压幅值增大,发射光谱强度增大,但表征电子温度和密度的典型谱线比变化不大;在放电的起始阶段,等离子体气动激励诱导了启动涡,启动涡随后发展成近壁面射流;激励电压和脉冲重复频率越大,等离子体气动激励诱导体积力越大;μs脉冲等离子体气动激励为非定常激励,消耗的功率比激励电压波形为连续正弦波时减小约30%,对于等离子体流动控制研究更为有益。     

The effect of an externally applied radio‐frequency electromagnetic field on the performance of a disk MHD generator

The effects of an externally applied radio‐frequency (rf) electromagnetic field on the nonequilibrium performance of a disk MHD generator were examined experimentally. As a preliminary experiment, plasma production by the applied rf electromagnetic field was attempted in the disk generator (Disk‐PIA), in which rf induction coils were embedded in the one‐side disk wall, under the conditions of no seeding, no flow, and no magnetic field. From the results of the preliminary experiment, it was confirmed that the argon plasma (～110 Torr) was produced uniformly in the azimuthal direction by the rf electromagnetic field even in the presence of exposed anodes in the faced disk wall and metallic support at the disk center. In MHD power generation experiments with the Disk‐PIA installed in the shock‐tube facility, the increase in the electrical output and more indiscrete discharge attributed to the rf electromagnetic field were verified with good reproducibility for the first time. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 140(4): 46–53, 2002; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10009     

Power Generation Experiments with a High Temperature Inert Gas Plasma Faraday Type MHD Generator

MHD power generation experiments have been conducted by using a single‐pulsed shock‐tunnel facility, where a high‐temperature inert gas (pure argon) at a fixed total temperature of 9000 K is introduced into a linear Faraday generator without seeding. The fluctuations in the output power and light emission from the plasma are found to be small, and the pure inert gas plasma seems to be rather consistently free of ionization instability. The output power is improved by increasing the magnetic flux density in near‐quadric fashion and the enthalpy extraction ratio does not depend on the inlet total pressure (11.2% to 12.9% for 0.063 MPa to 0.105 MPa). The generator performance obtained is competitive with or superior to that of existing seed plasma MHD generators.     

Production of nonequilibrium plasma and MHD interaction in disk MHD channel

The production of nonequilibrium plasma and the fluid flow with the MHD interaction are examined experimentally with a shock‐tube driven disk channel with no loading electrodes. For low magnetic flux density and low seed fraction, where nonuniform and unsteady plasma is generated, the static pressure decreases monotonically in the radial direction, although the pressure increases in the entire region of the channel in comparison with the value under no MHD interaction. For magnetic flux density and seed fraction above some critical values, a fairly uniform plasma is produced. The static pressure, however, is found to increase abruptly in the channel and the total pressure is considerably reduced at the location, where the abrupt pressure increase occurs. These facts imply that steady and uniform plasma should be produced without locally constricted strong Lorentz force to improve the adiabatic efficiency of a disk MHD generator. © 2002 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 138(4): 42–49, 2002; DOI 10.1002/eej.1137     

等离子体射流在磁场作用下的特性模拟

磁流体发电是一种高效、低污染的发电技术。相对于其他发电方式，磁流体发电具有输出功率大、结构紧凑的优点，在高功率电源应用领域有不可替代的性能优势。文中提出采用非平衡等离子体射流的方式产生等离子体，进行磁流体发电的设想。通过数值模拟研究了等离子体射流在横向磁场作用下的特性，并通过试验对模型计算结果进行了验证。模拟研究说明横向磁场对等离子体射流有阻滞作用，在没有外电流回路的情况下，射流气体的动能转化为热，随外加磁场强度的增加，阻滞作用越强，速度减慢越明显；等离子体射流在磁场作用下电流密度主要集中在射流出口附近，并随着外加磁场强度增大而增大。     

激波风洞瞬时动导数试验方法研究

为了克服高超声速激波风洞工作时间短,发展并建立了瞬时动导数实验技术。该技术在传统自由振动风洞试验装置基础上,使用新研制了高频动态天平,通过风洞启动时的随机扰动获取模型/天平系统的高频响应数据,最后经瞬时功率谱数据分析方法辨识出动稳定导数。不仅阐述了瞬时动导数实验原理与瞬时功率谱数据分析方法,而且介绍了高频动态天平及其实验装置结构。M=8.0、10°尖锥模型激波风洞试验结果表明,与自由振动方法相比,试验装置结构简单,易于实现,具有较高的精准度,有能力解决在高超声速激波风洞动稳定实验问题。     

Development of discharge plasma waveguide with external magnetic field for laser plasma acceleration

To improve the acceleration length in laser plasma acceleration, we investigate the discharge plasma waveguide with a magnetic field. The discharge circuit consists of two pulsed‐power circuits for preionization and main discharge. Discharges were repeated through the circuit using high‐power semiconductor switches. Laser propagation characteristics of discharge plasma waveguide with the external magnetic field were observed. The results show that the reproducibility of waveguide with the external magnetic field is relatively high compared to that without magnetic field. The laser intensity gradually decreases with the strength of external magnetic field. These results suggest that the electron density profile is possible to control using the discharge plasma waveguide with an external magnetic field.     

脉冲等离子体推力器电磁辐射干扰诊断

脉冲等离子体推力器(PPT)是一种PPT以脉冲方式工作的适用于微小卫星姿轨控系统的空间电磁推进系统,为了研究其在工作过程中因瞬间高压放电而产生的严重电磁干扰(EMI),论述了PPT的EMI产生机理,分析了PPT电磁辐射干扰感应电压频谱;通过一种简易短单极杆状天线和霍尔探针对PPT电磁辐射干扰进行了诊断,分别测量了PPT点火电路和主放电电路EMI信号电磁场分布,研究PPT电磁辐射干扰的分布规律;并结合地面试验的实际,提出了相应的的电磁兼容方案。研究表明:PPT辐射EMI是一种低频非周期性电磁脉冲,在其作用范围内,如不采取措施,会对周边电子设备造成损害。     

介质阻挡放电中的紫外线预电离

为解决大气体下尤其是空气辉光放电产生等离子体的困难,通过采用脉冲火花放电产生的紫外线对介质 阻挡放电预电离试验研究了紫外线预电离对降低空气击穿场强、“点燃”主放电的作用和气压与主放电频率对预电 离的影响;探讨了与气体流动等条件相结合,用预电离方法实现大气压下空气中辉光放电的可能性。