亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        等離子體點(diǎn)火器放電研究

        2021-10-26 07:19:46車學(xué)科吳祥東朱少鵬
        關(guān)鍵詞:弧長(zhǎng)工質(zhì)電弧

        狄 輝, 車學(xué)科, 鐘 戰(zhàn), 吳祥東, 朱少鵬

        (航天工程大學(xué) 宇航科學(xué)與技術(shù)系, 北京 101400)

        0 引言

        姿控發(fā)動(dòng)機(jī)[1]是一種小推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī),通常被應(yīng)用在衛(wèi)星、空間站等航天飛行器上。 過(guò)去,姿控發(fā)動(dòng)機(jī)通常使用自燃推進(jìn)劑,現(xiàn)在推進(jìn)劑更多使用碳?xì)浠衔?,這就要求姿控發(fā)動(dòng)機(jī)擁有點(diǎn)火器,能夠長(zhǎng)期重復(fù)點(diǎn)火。目前常用的點(diǎn)火技術(shù)有電火花點(diǎn)火技術(shù)[2]、激光點(diǎn)火技術(shù)[3]、電加熱點(diǎn)火技術(shù)[4]和微波點(diǎn)火技術(shù)[5],這對(duì)姿控發(fā)動(dòng)機(jī)而言并不適用,因此,迫切需要研究開(kāi)發(fā)新型點(diǎn)火技術(shù)解決現(xiàn)有問(wèn)題。 最近幾年等離子體在點(diǎn)火助燃[6-8]方面有著重要發(fā)展,滑動(dòng)弧是一種局部熱平衡等離子體,同時(shí)具有熱平衡與非熱平衡等離子體的特點(diǎn)[9],在放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量活性自由基團(tuán)與高能電子,釋熱較大。 通過(guò)航空發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)弧等離子體可以實(shí)現(xiàn)可靠點(diǎn)火, 能夠拓寬點(diǎn)火極限[10],因此對(duì)滑動(dòng)弧等離子進(jìn)行放電研究,并將其應(yīng)用在姿控發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火上面,意義重大。

        滑動(dòng)弧通常由兩種激勵(lì)器產(chǎn)生, 即平面滑動(dòng)弧激勵(lì)器[11]和旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧激勵(lì)器[12]。 對(duì)于姿控發(fā)動(dòng)機(jī)而言,平面滑動(dòng)弧激勵(lì)器不存在內(nèi)電極,不會(huì)堵塞燃料噴嘴,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)的影響相對(duì)更小, 因此更適用于姿控發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火。 目前國(guó)內(nèi)外對(duì)平面滑動(dòng)弧均有研究,例如:保加利亞索菲亞大學(xué)的St Kolev 等[13]在研究滑動(dòng)弧在氬氣中的放電過(guò)程時(shí),建立起了滑動(dòng)弧在氬氣中放電的三維模型,該模型可以計(jì)算出滑動(dòng)弧在不同位置的電弧長(zhǎng)度和滑動(dòng)速度;空軍工程大學(xué)何立明等[14]在研究平面滑動(dòng)弧放電過(guò)程中發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)弧在滑動(dòng)過(guò)程中具有穩(wěn)定電弧滑動(dòng)和擊穿伴隨滑動(dòng)兩種模式,這兩種模式與工質(zhì)氣體流量、放電電壓、電極結(jié)構(gòu)有關(guān)。 鄭州大學(xué)李卓凡[15]對(duì)微秒脈沖滑動(dòng)弧等離子體周期性進(jìn)行了研究, 發(fā)現(xiàn)當(dāng)工質(zhì)氣體處于層流時(shí),滑動(dòng)弧最大上升高度隨流速增加而增加,當(dāng)工質(zhì)氣體處于湍流時(shí),滑動(dòng)弧最大上升高度隨流速增加而減小。

        雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)平面滑動(dòng)弧均有研究, 但現(xiàn)有的研究工況并不適合姿控發(fā)動(dòng)機(jī)的工作工況, 需要對(duì)放電過(guò)程做進(jìn)一步研究。 為研究平面滑動(dòng)弧等離子體在低工質(zhì)氣體流量下的放電過(guò)程,設(shè)計(jì)了平面滑動(dòng)弧等離子體實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),研究了工質(zhì)氣體在不同流量下對(duì)滑動(dòng)弧等離子體滑動(dòng)階段、放電功率和滑動(dòng)特性的影響。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示了工質(zhì)氣體在不同流量下滑動(dòng)弧等離子體的變化規(guī)律,可為小推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)滑動(dòng)弧點(diǎn)火器的研制提供技術(shù)參考。

        1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

        圖1 為滑動(dòng)弧等離子體實(shí)驗(yàn)系統(tǒng), 主要包括高壓氣瓶、氣體質(zhì)量流量控制器、滑動(dòng)弧等離子體激勵(lì)器、交流電源、電壓調(diào)節(jié)器、高速攝像機(jī)、示波器、皮爾森線圈、高壓探頭等。 其中高壓氣瓶裝有高純空氣, 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.99%; 質(zhì)量流量控制器采用SC100 氣體質(zhì)量流量控制器,控制精度0.01L/min;交流電源采用CTP-2000K 交流電源,電壓峰-峰值為0~30kV,電源頻率為5~25kHz;滑動(dòng)弧電弧形態(tài)由Phantom v9.1 高速攝像機(jī)拍攝; 采用高壓探頭和電流線圈對(duì)滑動(dòng)弧電壓電流進(jìn)行測(cè)量, 采用安捷倫DSOX3054A 示波器對(duì)電壓和電流波形進(jìn)行記錄。圖2 為交流滑動(dòng)弧等離子體激勵(lì)器結(jié)構(gòu)示意圖, 激勵(lì)器由絕緣石英基座、進(jìn)氣孔、陰極、陽(yáng)極等部件組成。兩電極均為棒型,兩電極夾角為40°,金屬陰極與金屬陽(yáng)極之間最小間隙為2mm,進(jìn)氣孔直徑為2mm。 實(shí)驗(yàn)時(shí),高壓氣瓶在流量控制器的控制下給激勵(lì)器供氣, 交流電源給電極兩端施加電壓, 當(dāng)電極兩端電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)超過(guò)臨界電場(chǎng)時(shí),就會(huì)擊穿氣體,產(chǎn)生電弧,電弧在氣流的吹動(dòng)下,就會(huì)沿電極滑動(dòng),產(chǎn)生滑動(dòng)弧。

        圖1 滑動(dòng)弧等離子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

        圖2 滑動(dòng)弧等離子體激勵(lì)器

        為研究不同流量的工質(zhì)氣體對(duì)滑動(dòng)弧滑動(dòng)階段、放電功率與滑動(dòng)特性的影響,實(shí)驗(yàn)在大氣壓下進(jìn)行,溫度為293K,交流電源頻率為5kHz,高速攝像機(jī)拍攝頻率1000 幀/秒,工質(zhì)氣體為高純空氣,氮?dú)馀c氧氣體積比為79:21,工質(zhì)氣體流量分別為3.0L/min、3.5L/min、4.0L/min、4.5L/min 和5.0L/min。實(shí)驗(yàn)時(shí),調(diào)節(jié)高速攝像機(jī)與數(shù)字示波器,使它們都處于外部觸發(fā)模式,需要記錄時(shí),使用外部觸發(fā)器同時(shí)給高速攝像機(jī)與數(shù)字示波器觸發(fā)信號(hào),使它們能夠同時(shí)對(duì)滑動(dòng)弧等離子體進(jìn)行記錄。

        2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

        2.1 流量對(duì)滑動(dòng)階段的影響

        依據(jù)文獻(xiàn)[14]可知本實(shí)驗(yàn)滑動(dòng)弧放電為電弧穩(wěn)定擊穿模式,電弧沿氣流方向滑動(dòng)較大。圖3 為不同滑動(dòng)階段電壓波形圖,圖4 為不同滑動(dòng)階段電弧形態(tài)圖。根據(jù)示波器測(cè)得滑動(dòng)弧電壓波形與高速攝像機(jī)拍攝的電弧形態(tài),可將電弧穩(wěn)定擊穿模式下的一個(gè)滑動(dòng)過(guò)程可以分為3 個(gè)階段:擊穿滑動(dòng)階段(Breakdown sliding stage,B-S)、穩(wěn)定滑動(dòng)階段 (Stable sliding stage,S-S) 和不穩(wěn)定滑動(dòng)階段(Unstable sliding stage,U-S)。

        圖3 不同滑動(dòng)階段電壓波形圖

        圖4 不同滑動(dòng)階段電弧形態(tài)圖

        B-S 階段通常發(fā)生在滑動(dòng)弧擊穿空氣開(kāi)始放電時(shí),從電弧形態(tài)上來(lái)看,此時(shí)滑動(dòng)弧處于擊穿狀態(tài),電弧處在電極的下端,電弧對(duì)稱,從電壓波形上來(lái)看,在每個(gè)放電周期內(nèi)電壓波形會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較明顯的正向峰和負(fù)向峰;S-S 階段通常發(fā)生在滑動(dòng)弧滑動(dòng)的中期, 從電弧形態(tài)上來(lái)看,此時(shí)滑動(dòng)弧沿著工質(zhì)氣體流動(dòng)方向滑動(dòng),電弧較為對(duì)稱,從電壓波形上來(lái)看,每個(gè)放電周期內(nèi)電壓波形與方波較為相似, 電壓波形正向與負(fù)向沒(méi)有出現(xiàn)較明顯的波峰;U-S 階段通常發(fā)生在滑動(dòng)弧滑動(dòng)的后期,從電弧形態(tài)上來(lái)看,滑動(dòng)弧左右不對(duì)稱,電弧不穩(wěn)定,隨時(shí)可能發(fā)生斷裂,從電壓波形上來(lái)看,在每個(gè)放電周期內(nèi)電壓波形在正向與負(fù)向上均會(huì)出現(xiàn)一高一低兩個(gè)波峰。

        電弧穩(wěn)定擊穿模式下的滑動(dòng)弧在一個(gè)滑動(dòng)過(guò)程內(nèi)會(huì)經(jīng)歷3 個(gè)滑動(dòng)階段, 即B-S 階段、S-S 階段和U-S 階段。從示波器測(cè)得的電壓波形與高速攝像拍出的滑動(dòng)弧形態(tài)來(lái)看, 滑動(dòng)弧從擊穿空氣開(kāi)始進(jìn)入B-S 階段, 而后進(jìn)入S-S 階段,最后進(jìn)入U(xiǎn)-S 階段,直到電弧斷裂,隨后進(jìn)入下一個(gè)滑動(dòng)過(guò)程。

        根據(jù)滑動(dòng)弧在一個(gè)周期內(nèi)滑動(dòng)階段的劃分, 通過(guò)多次測(cè)量求平均值的方法,測(cè)量出滑動(dòng)弧在不同流量下BS、S-S 和U-S 階段下平均滑動(dòng)時(shí)間,結(jié)果如圖5 所示。 結(jié)果發(fā)現(xiàn):向激勵(lì)器通入的工質(zhì)氣體,流量從3.0L/min 增加到5.0L/min 的過(guò)程中,B-S 階段的滑動(dòng)時(shí)間增加,S-S 階段與U-S 階段的滑動(dòng)時(shí)間減小,并且S-S 階段時(shí)間減小程度較大,U-S 階段減小程度較小。

        圖5 不同流量下各滑動(dòng)階段所用時(shí)間

        2.2 流量對(duì)放電功率的影響

        滑動(dòng)弧等離子體電弧放電功率是衡量滑動(dòng)弧電學(xué)特性的重要參數(shù)。 通過(guò)示波器可以測(cè)出滑動(dòng)弧放電時(shí)的瞬時(shí)電壓和瞬時(shí)電流值,通過(guò)式(1)可以計(jì)算出滑動(dòng)弧瞬時(shí)功率,通過(guò)式(2)可以計(jì)算出滑動(dòng)弧平均功率,滑動(dòng)弧瞬時(shí)功率與平均功率計(jì)算結(jié)果如圖6 圖7 所示。

        通過(guò)圖6 可以看出,隨著工質(zhì)氣體流量的增加,滑動(dòng)弧平均放電功率會(huì)降低,分析認(rèn)為:當(dāng)工質(zhì)氣體流量增加時(shí),滑動(dòng)弧沿工質(zhì)氣體流動(dòng)方向上的滑動(dòng)距離減小,進(jìn)而使得滑動(dòng)弧電弧長(zhǎng)度減小, 而滑動(dòng)弧電弧放電功率與電弧長(zhǎng)度成正比,導(dǎo)致平均功率減小。

        圖6 不同流量下滑動(dòng)弧平均功率

        通過(guò)圖7 可以看出,在一個(gè)滑動(dòng)周期內(nèi),滑動(dòng)弧瞬時(shí)功率先減小后增大。 分析認(rèn)為:而在一個(gè)滑動(dòng)周期內(nèi),當(dāng)處于B-S 階段時(shí),因?yàn)榧?lì)器要擊穿空氣產(chǎn)生滑動(dòng)弧,需要電源提供的能量足以擊穿空氣, 所以此刻需要的能量較大, 此刻電弧功率較大, 擊穿完畢后電弧功率隨之減??;當(dāng)處于S-S 與U-S 階段時(shí),電弧功率與電弧長(zhǎng)度成正比,滑動(dòng)弧在工質(zhì)氣體的吹動(dòng)下弧長(zhǎng)逐漸增加,因此需要提供的功率也逐漸增加, 當(dāng)提供的電功率不能滿足電弧滑動(dòng)時(shí),滑動(dòng)弧就發(fā)生斷裂,隨后進(jìn)入下一個(gè)滑動(dòng)周期。

        圖7 不同流量下電弧功率變化曲線

        2.3 流量對(duì)滑動(dòng)特性的影響

        電弧的滑動(dòng)特性可以從最大滑動(dòng)高度、 最大弧長(zhǎng)和滑動(dòng)速率進(jìn)行研究, 為研究工質(zhì)氣體流量對(duì)最大滑動(dòng)高度、最大弧長(zhǎng)和滑動(dòng)速率的影響,實(shí)驗(yàn)時(shí)使用高速攝像機(jī)拍攝滑動(dòng)弧等離子體,將拍到電弧圖片每10ms 進(jìn)行一次疊加并對(duì)電弧顏色進(jìn)行處理,結(jié)果如圖8 所示,每張圖中最低點(diǎn)處的滑動(dòng)弧發(fā)生在工質(zhì)氣體剛被擊穿時(shí), 最高點(diǎn)處的滑動(dòng)弧發(fā)生在電弧剛要斷裂時(shí)。 從圖8 中可以看出,不同工質(zhì)氣體流量下的滑動(dòng)弧在滑動(dòng)前中期電弧形態(tài)較為對(duì)稱,在滑動(dòng)后期電弧形態(tài)的不對(duì)稱性增加。

        圖8 不同流量下滑動(dòng)弧等離子體形態(tài)圖

        將滑動(dòng)弧等離子體激勵(lì)器的對(duì)稱中心線視為滑動(dòng)弧滑動(dòng)高度線, 經(jīng)測(cè)量可以得到滑動(dòng)弧的最大滑動(dòng)高度以及滑動(dòng)弧將要斷裂時(shí)的最大弧長(zhǎng), 經(jīng)過(guò)測(cè)量計(jì)算可以得出滑動(dòng)弧在不同工質(zhì)氣體流量下的滑動(dòng)時(shí)間、 平均滑動(dòng)速率、最大滑動(dòng)高度和最大弧長(zhǎng),結(jié)果如圖9、圖10 所示。

        從圖9 圖10 中可以看出,滑動(dòng)弧滑動(dòng)速率在5~12m/s內(nèi), 滑動(dòng)時(shí)間在40~150ms 內(nèi), 最大滑動(dòng)高度在50~75mm內(nèi),最大弧長(zhǎng)在25~40mm 內(nèi),滑動(dòng)弧平均滑動(dòng)速率隨著工質(zhì)氣體流量增加而增加,滑動(dòng)時(shí)間、最大弧長(zhǎng)和最大滑動(dòng)高度均隨工質(zhì)氣體流量增加而減小。 經(jīng)過(guò)計(jì)算,噴嘴出口處流速超過(guò)4m/s,工質(zhì)氣體流動(dòng)為湍流,根據(jù)文獻(xiàn)15,當(dāng)工質(zhì)氣體流動(dòng)為湍流時(shí), 滑動(dòng)弧滑動(dòng)高度隨流量增加而減小,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)相一致,故滑動(dòng)弧最大弧長(zhǎng)與滑動(dòng)時(shí)間均減小。

        圖9 不同流量下滑動(dòng)弧滑動(dòng)速率與滑動(dòng)時(shí)間示意圖

        圖10 不同流量下最大滑動(dòng)高度與最大弧長(zhǎng)示意圖

        3 結(jié)論

        本文進(jìn)行了滑動(dòng)弧放電實(shí)驗(yàn), 通過(guò)改變工質(zhì)氣體流量大小的方法,分析了工質(zhì)氣體流量對(duì)滑動(dòng)弧放電階段、瞬時(shí)功率和電弧形態(tài)的影響,具體結(jié)論如下:

        滑動(dòng)弧在一個(gè)滑動(dòng)周期內(nèi)有3 個(gè)比較顯著的階段,即B-S、S-S 和U-S 階段,隨著流量的增加,滑動(dòng)弧滑動(dòng)周期時(shí)間減小,其中B-S 階段的放電時(shí)間增加,S-S 和U-S 階段放電時(shí)間減小。

        滑動(dòng)弧的放電功率與放電階段和弧長(zhǎng)有關(guān),當(dāng)處于BS 階段下,放電功率隨時(shí)間增加而減小,此時(shí)滑動(dòng)弧放電功率與弧長(zhǎng)成反比,當(dāng)處于S-S 和U-S 階段下,放電功率隨時(shí)間增加而增加,此時(shí)滑動(dòng)弧放電功率與弧長(zhǎng)成正比。

        工質(zhì)氣體流量從3L/min 增加到5L/min 時(shí),氣體狀態(tài)為湍流,滑動(dòng)弧滑動(dòng)時(shí)間、最大滑動(dòng)高度、最大弧長(zhǎng)隨著工質(zhì)氣體流量的增加逐漸減小。

        猜你喜歡
        弧長(zhǎng)工質(zhì)電弧
        海洋溫差能發(fā)電熱力循環(huán)系統(tǒng)的工質(zhì)優(yōu)選
        求弧長(zhǎng)和扇形面積的方法
        故障電弧探測(cè)器與故障電弧保護(hù)裝置在工程中的應(yīng)用分析
        三角函數(shù)的有關(guān)概念(弧長(zhǎng)、面積)
        三角函數(shù)的有關(guān)概念(弧長(zhǎng)、面積)
        采用R1234ze(E)/R245fa的非共沸混合工質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究
        2219鋁合金激光電弧復(fù)合焊接及其溫度場(chǎng)的模擬
        采用二元非共沸工質(zhì)的有機(jī)朗肯循環(huán)熱力學(xué)分析
        航空電氣系統(tǒng)中故障電弧的分析
        電子制作(2017年22期)2017-02-02 07:10:15
        若干低GWP 純工質(zhì)在空調(diào)系統(tǒng)上的應(yīng)用分析
        精品人妻码一区二区三区剧情| 亚洲熟妇av日韩熟妇av| 亚洲第一女人天堂av| 亚洲高清国产一区二区| 欧美精品黑人粗大免费| 久久aⅴ无码av免费一区| 一本色道久久综合中文字幕| 美腿丝袜在线观看视频| 亚洲中文字幕无码天然素人在线| 人人妻人人爽人人做夜欢视频九色| 天堂AV无码AV毛片毛| 成人国产一区二区三区av| 高潮抽搐潮喷毛片在线播放 | 性夜夜春夜夜爽aa片a| 国产日产亚洲系列av| 免费一区二区三区女优视频| 亚洲国产天堂久久综合| 婷婷成人亚洲| 人妻尤物娇呻雪白丰挺| 成人影院在线视频免费观看| 国产一女三男3p免费视频 | 亚洲中文字幕国产综合| 亚洲色图三级在线观看| 亚洲国色天香卡2卡3卡4| 婷婷亚洲国产成人精品性色| 久久久免费精品国产色夜| 久久精品国产字幕高潮| 亚洲美国产亚洲av| 日韩不卡无码三区| 男人的天堂手机版av| 在线看片免费人成视频久网下载| 亚洲AV无码精品色欲av| 日本中文字幕官网亚洲| 国产亚洲精品第一综合另类| 极品美女扒开粉嫩小泬| 国产不卡一区在线视频| 久久精品国产亚洲av超清| 中文字幕无码不卡一区二区三区 | 日本熟妇hd8ex视频| 蜜桃精品视频一二三区| 亚洲国产成人精品无码区二本|