【摘要】：基于交流氣體放電的等離子體風(fēng)速測量技術(shù)具有空間分辨率高、頻響高、無需溫度補償、信噪比高、校準方便等顯著優(yōu)勢,是超聲速流場研究頗具前途的風(fēng)速測量技術(shù)之一,在航空、航天、軍事、氣象等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,目前,其理論和仿真研究均尚未成熟。本文以交流等離子體風(fēng)速計為研究對象,從數(shù)值仿真、實驗、電學(xué)建模三個方面開展了等離子體風(fēng)速測量技術(shù)的研究。首先,提出了一種建立交流等離子體風(fēng)速計數(shù)值模型的新方法。研究中,創(chuàng)建了電極間二維氣體流場模型,并介紹了基于PIC/MCC方法建立的二維等離子體模型,隨后,完成了二者的耦合,搭建出了交流等離子體風(fēng)速計的二維數(shù)值仿真平臺。通過此數(shù)值仿真平臺既可以從微觀方面分析氣流速度對離子密度分布、電子密度分布和電勢的影響,還可以從宏觀方面研究放電參數(shù)對等離子體風(fēng)速計性能的影響。其次,設(shè)計了一種新型交流等離子體風(fēng)速計實驗系統(tǒng)。通過理論分析,證明了其可行性。隨后,詳細介紹了實驗系統(tǒng)的設(shè)備選型及設(shè)計過程。系統(tǒng)中引入了電阻與電容串聯(lián)組成的負反饋耦合電路模塊,可以抑制氣體放電的正反饋過程并提高放電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外,搭建的系統(tǒng)中包含了高壓電源模塊,可以實現(xiàn)先高壓點亮后射頻維持的空氣放電機制,進而可以得到較穩(wěn)定的射頻空氣放電狀態(tài)。實驗研究結(jié)果表明,負載電壓有效值與風(fēng)速值之間有著良好的線性關(guān)系,可應(yīng)用于風(fēng)速的測量。最后,提出了搭建交流等離子體風(fēng)速計電學(xué)模型的思路。基于理論與實驗分析建立了等效電路模型,其結(jié)構(gòu)上包含三部分:正柱區(qū)、鞘層和擴散區(qū)域。正柱區(qū)被等效為一個電阻,鞘層被等效為電流源、電容和理想二極管組成的并聯(lián)電路,而擴散區(qū)域被等效為包含電阻和電感的串聯(lián)電路。根據(jù)各部分的連接結(jié)構(gòu)分別搭建出了無氣流時與氣流下的等離子體風(fēng)速計電路模型。最后通過OrCAD電路仿真,驗證了電學(xué)建模的可行性與可靠性。建立的電路模型從電學(xué)角度上補充了數(shù)值仿真的不足,充分考慮了交流等離子體風(fēng)速計的電路特性,因此,可以反過來作為研究和優(yōu)化等離子體風(fēng)速計的一種電學(xué)工具。
【圖文】：

V）也已經(jīng)成為研究的熱點，為了促進超音速飛行應(yīng)該被深入地研究，而高溫高速的工作環(huán)境給相關(guān)決此難題，目前也急需一種寬范圍、高精度的氣體被稱為風(fēng)速計或者風(fēng)速傳感器，在現(xiàn)實中，風(fēng)速計、環(huán)境保護等領(lǐng)域[7]。的風(fēng)速計或風(fēng)速傳感器主要有以下幾種：機械旋轉(zhuǎn)風(fēng)向儀、激光多普勒測速儀（LDV）、粒子成像測8]。，機械旋轉(zhuǎn)式風(fēng)杯風(fēng)速計是一種比較古老的氣流測一個三叉星形支架，b)四個空杯與一個十字形支，且其凹面朝向同一個旋轉(zhuǎn)方向。支架固定在裝置是根據(jù)氣體流場中風(fēng)杯的轉(zhuǎn)速反應(yīng)出氣流速度的大裝置有旋轉(zhuǎn)件，存在磨損損耗，且設(shè)備測量精度不作時測量值一般偏高，此外，它容易受外界環(huán)境因測量精度要求不高的管道流速測量和氣象監(jiān)測領(lǐng)域

圖 1.2 皮托管風(fēng)速儀實物示意圖風(fēng)速風(fēng)向儀也被稱為超聲波風(fēng)速計或者制電路等部分構(gòu)成。該風(fēng)速儀的工作間（多普勒變換）差別，最后根據(jù)所得瞬時風(fēng)速值的變化，，不僅可以測量單方測出風(fēng)速中的高頻脈動成分，并且不易受雨、雪、霧等惡劣環(huán)境的影響[11]。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH815

【參考文獻】

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本文編號：2702434