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等离子体流动控制作为一种新型的主动流动控制技术,在航空航天等领域有着广泛的应用前景。纳秒脉冲叠加直流激励的表面介质阻挡放电由于响应迅速、作用频带宽、便于实时控制且有利于产生大面积低温等离子体,在流动控制中表现出了独特的优势。本文通过纳秒脉冲叠加直流混合激励作用于新型三电极结构激励器上产生纳秒脉冲表面滑闪放电,并对纳秒脉冲表面滑闪放电的电气特性、光学特性和流场特性进行了研究。 搭建了纳秒脉冲叠加直流的表面介质阻挡放电实验平台及相应的测量系统。研究了不同电源参数、脉冲直流电压差值和电源极性对纳秒脉冲表面滑闪放电电气特性和放电等离子体形态的影响,并与典型两电极SDBD进行了对比分析。实验结果表明:纳秒脉冲表面滑闪放电的发生存在一个最小电压差值阈值,且放电可获得覆盖整个电极间距的大面积等离子体。通过对放电电压电流的测量以及功率能量的计算分析发现,电压直流分量的变化对脉冲源侧电流影响较小。此外,纳秒脉冲表面滑闪放电发生时功率和能量均迅速大幅度增加,且电压脉冲分量所占比例的大小对功率和能量损耗的影响较大。 进一步研究了三电极激励器不同结构参数下的纳秒脉冲表面滑闪放电特性及其影响因素,获得了电极间距、脉冲电极宽度、电极厚度、阻挡介质材料及介质厚度对电气特性、放电图像和放电模式的影响。实验发现纳秒脉冲叠加负直流表面介质阻挡放电在不同电极间距的不同电压差值下均存在三种放电模式:典型SDBD模式、稳定表面滑闪放电模式和火花模式。纳秒脉冲表面滑闪放电激励器存在最优电极间距和脉冲电极宽度值,此时激发值较低且可获得最大的流动控制所需的能量。 此外,利用发射光谱和纹影测量系统对纳秒脉冲表面滑闪放电的光谱特性、流场特性进行了研究。结果表明纳秒脉冲表面滑闪放电发射光谱强度高于典型SDBD且电压直流分量越大光谱越强,转动温度越高。纳秒脉冲表面滑闪放电可产生以相同速度传播的两个圆形冲击波和一个平面波,且直流电压幅值和重复频率对冲击波强度和最大速度影响较大。此外,表面滑闪放电可诱导出两个方向相反的射流。 综上所述,纳秒脉冲表面滑闪放电可产生大面积等离子体,获得更高流动控制所需能量。因此,研究纳秒脉冲表面滑闪放电特性,对新型三电极激励器的优化设计有重要的指导意义。