CN118188373B 使用含能改性工质的重频等离子体射流点火系统及方法 （西安交通大学）

使用含能改性工质的重频等离子体射流点一种使用含能改性工质的重频等离子体射流点火系统及方法，该系统包含毛细管射流装路实现储能电容器快速充电，实现系统以最高释放增能改性工质的化学能以提升单发等离子2含能掺杂工质块(1)同轴安装于外壳(8)内部，含能掺杂工质块(1)由纳米级至微米级的活杂工质块(1)侧面的圆柱形通道(14)插入，将阳极(2)端部与前法兰盖板(5)之间的毛细管重频等离子体射流点火系统中各个模块的连接关系为：脉冲电压生成电路(9)的高电压输出端与毛细管射流装置(19)的触发电极(3)相连，低电平输出端与毛细管射流装置(19)的前法兰盖板(5)相连；脉冲电流生成电路(10)的高电压输出端与毛细管射流装置射流装置(19)的前法兰盖板(5)通过接地线接地；LC串联谐振充电电路(17)的高电压输出路(16)的两个驱动电压输出端，分别连接脉冲电压生成电路(9)中的晶闸管SCR2和脉冲电在应用于推进系统点火时，重频脉冲等离子体射流点火系统中毛细管装置(19)的阴极喷嘴(6)与发动机(31)燃烧室(29)之间安装一绝热挡板(30)，在需要发动2.根据权利要求1所述的一种使用含能改性工质的重频等离子体射流点火系统，其特连，阴极与晶闸管SCR2的阴极相连；晶一路引出作为脉冲电压生成电路(9)的脉冲电压高压输出端，与毛细管射流装置(19)的触33.根据权利要求2所述的一种使用含能改性工质的重频等离子体射流点火系统，其特4.根据权利要求1所述的一种使用含能改性工质的重频等离子体射流点火系统，其特SCR1开通，控制储能电容器C1放电；储能电容器C1低压侧连线引出作为脉冲电流生成电路5.根据权利要求1所述的一种使用含能改性工质的重频等离子体射流点火系统，其特2高压端连接第一IGBT模块S1和第三IGBT模块S3的集接第四IGBT模块S4的集电极，第三IGBT模块S3和第四IGBT模块S4的发射极相连并共同连接的栅极分别连接全硬件驱动控制器(24)，全硬件驱动控制器(24)分别向第一IGBT模块S1、连接全硬件驱动控制器(24)，由全硬件驱输出端，由第一电阻R1和第二电阻R2组成的电阻分压器(26)并联在LC串联谐振充电电路的压的电压信号输入光电隔离模块(25)中，经过信号隔离输入到全硬件驱动控制器(24)中；4模块S16.根据权利要求5所述的一种使用含能改性工质的重频等离子体射流点火系统，其特7.根据权利要求1所述的一种使用含能改性工质的重频等离子体射流点火系统，其特将纳米至微米尺寸的活泼金属粉末与为微米粒径的高聚物粉末，以一定的比例混合，活泼金属粉末占粉末总质量的3％_26或掺杂部分活泼金属氧化物粉末以改善含能工质8.根据权利要求7所述的一种使用含能改性工质的重频等离子体射流点火系统，其特9.根据权利要求1所述的一种使用含能改性工质的重频等离子体射流点火系统，其特高于脉冲电压生成电路(9)的输出电压时，等离子体射流点火装置便因无法触发引起毛细所述含能掺杂工质块(1)与绝缘子(4)间采用绝缘子(4)在含能掺杂工质块(1)内呈先10.权利要求1至9任一项所述的使用含能改性工质的重频等离子体射流点火系统的工周期分为储能系统充电与脉冲放电产生等离子体射流(24)向以第一IGBT模块S1和第三IGBT模块S3为一组、第二IGBT模块S2和第四IGBT模块S4为储能电容器C1充电至最高2000V的高电压；与输出端相连的电阻分压器(26)采集储能电容器C1电压，将0_2000V的储能电容器C1电压分压至0_1.5V的电压信号，经过光电隔离模块52)脉冲放电产生等离子体射流过程：当达触发通道(15)沿面放电形成电弧，烧蚀触发通道(15)的毛细管管极(2)与阴极前法兰盖板(5)之间毛细管通道充斥高电导率等离子体，阳极(2)与阴极前法兰盖板(5)之间的通道，也就是脉冲电流生成电路(10)的高电压输出端与低电压输出端被短接，从脉冲电流生成电路(10)高电压输出端——阳极(2)——毛细管通道(12)中的电弧——阴极前法兰盖板(5)——脉冲电流生成电路(10)低电压输出端的放电回路形成，脉冲电流生成电路(10)中储能电容存储的电能通过毛细管通道(12)中的电弧负载开始释放，高温电弧辐射能使固体工质的毛细管管壁含能掺杂工质材料烧蚀形成高温高压等离子体，道(12)内部，增大腔体内部压强，使得等离子体在压力梯度作用下不断向阴极喷嘴(6)运重频等离子体射流点火系统通过等离子体喷射触发导通阳极(2)与前法兰盖板(5)间6电流生成电路10对毛细管间隙12脉冲放电产生电弧烧蚀含能工质1，其中活泼金属组分与聚四氟乙烯组分反应释放化学能进一步提升等离子体射流温度与热流。在每个放电周期7电路9中晶闸管引起毛细管放电，系统可以实现以最高20Hz频率产生毛细管放电等离子体[0008]一种使用含能改性工质的重频等离子体射流点火系统，包括毛细管射流装置19、含能掺杂工质块1同轴安装于外壳8内部，含能掺杂工质块1由纳米级至微米级的活泼金属工质块1的后部插入毛细管通道12，触发电极3从含能掺杂工质块1侧面的圆柱形通道14插入，将阳极2端部与前法兰盖板5之间的毛细管通道12分隔为阳极2与触发电极3之间的部[0010]重频等离子体射流点火系统中各个模块的连接关系为：脉冲电压生成电路9的高电压输出端与毛细管射流装置19的触发电极3相连，低电平输出端与毛细管射流装置19的前法兰盖板5相连；脉冲电流生成电路10的高电压输出端与毛细管射流装置19的阳极2相板5通过接地线接地；LC串联谐振充电电路17的高电压输出端与脉冲电流生成电路10中储能电容器C1高电压端连接，低电压输出端与脉冲电流生成电路10中储能电容器C1低电压端液体或固体工质形式，在毛细管射流装置19的阴极喷嘴6与发动机31燃烧室29之间安装一阴极与晶闸管SCR2的阴极相连；晶闸管触发电路16的第一触发信号21控制晶闸管SCR2的门8连接；调波电感L另一端连接触发回路限流电阻R一端，触发回路限流电阻R另一端分为两2高压端连接第一IGBT模块S1和第三IGBT模块S3的集接第四IGBT模块S4的集电极，第三IGBT模块S3和第四IGBT模块S4的发射极相连并共同连接7阴极相连并连接滤波电感L2一端，滤波电感L2另一端连接第五IGBT模块S5集电9模块S2、第三IGBT模块S3和第四IGBT模块S4桥臂的PWM信号的启停及第五IGBT模块S5的开合，活泼金属粉末占粉末总质量的3％_26或掺杂部分活泼金属氧化物粉末以改善含能力，之后在氩气保护气氛中烧结，首先以50摄氏度每小时的升温速率升温至370_390摄氏[0020]所述脉冲电压生成电路9空载输出电压为39kV，防止触发间隙15所需击穿电压高于脉冲电压生成电路9的输出电压时，等离子体射流点火装置便因无法触发引起毛细管放[0021]所述含能掺杂工质块1与绝缘子4间采用绝缘子4在含能掺杂工质块1内呈先渐扩第一IGBT模块S1和第三IGBT模块S3为一组、第二IGBT模块S2和第四IGBT模块S4为一组输入0_2000V的储能电容器C1电压分压至0_1.5V的电压信号，经过光电隔离模块25输入全硬件止向第一IGBT模块S1、第二IGBT模块S2阴极前法兰盖板5之间毛细管通道充斥高电导率等离子体，阳极2与阴极前法兰盖板5之间生成电路10高电压输出端——阳极2——毛细管通道12中的电弧——阴极前法兰盖板5——脉冲电流生成电路10低电压输出端的放电回路形成，脉冲电流生成电路10中储能电离子体在压力梯度作用下不断向阴极喷嘴6运动，并最终向外喷射产生高温高密度等离子[0026]重频等离子体射流点火系统通过等离子体喷射触发导通阳极2与前法兰盖板5间升单次射流能量，通过使射流装置运行于重复频率模式通过热量累积效应提升其点火效[0029]当前虽有一些可重复运行的两间隙结构可重复运行的毛[0033](2)在装置结构方面，已有的可重复运行两间隙射流装置触发电极与阳极间隙较[0039]1、本发明使用LC串联谐振充电电路对单一储能电容器高速充放电实现系统的重[0041]3、本发明毛细管射流装置部分提升触发电极电压，提升绝缘子内外沿面绝缘强[0043]图1为本发明所述的一种使用含能改性工质的重频等离子体射流点火系统示意[0049]图7为触发电极、阳极处绝缘子与工质块的咬合式结构以增强沿面长度增强沿面高电压输出端与毛细管射流装置19的触发电极3相连，低电平输出端与毛细管射流装置19板5通过接地线接地；LC串联谐振充电电路17的高电压输出端与脉冲电流生成电路10中储能电容器C1高电压端连接，低电压输出端与脉冲电流生成电路10中储能电容器C1低电压端与晶闸管SCR2的阴极相连。晶闸管触发电路16的第一触发信号21控制晶闸管SCR2的门级开通，以控制触发电容器C2向脉冲变压器T1原边放电。脉冲变压器T1原副边线圈匝数比为1:三IGBT模块S3和第四IGBT模块S4的发射极相连并共同连接直流电源U2的低压侧。第一IGBT模块S1第四IGBT模块S4发送控制信号控制其开通和关断。第一IGBT模块S1发射极连接谐振电感LrD7阳极四IGBT模块S4桥臂的PWM信号的启停及第五IGBT模块S5粉占粉末总质量的3％_26可以加入其他材料，包括掺杂部分氧化铝粉末以改善含能工[0068]将所有粉末置于搅拌机中剪切混合均匀后，放入中间带孔的圆柱形液压机模具[0082]每个周期T时间内，控制系统18通过向LC串联谐振充电电路17中全硬件驱动控制以分为储能系统充电与脉冲放电产生等离子体射流IGBT模块S1和第三IGBT模块S3为一组、第二IGBT模块S2和第四IGBT模块S4为一组输入互补器C1电压分压至约0_1.5V的电压信号，经过光电隔离模块25输入全硬件驱动控制器24块S1阴极前法兰盖板5之间毛细管通道充斥高电导率等离子体，阳极2与阴极前法兰盖板5之间生成电路10高电压输出端——阳极2——毛细管通道12中的电弧——阴极前法兰盖板5——脉冲电流生成电路10低电压输出端的放电回路形成，脉冲电流生成电路10中储能电果触发间隙15所需击穿电压高于脉冲电压生成电路9的输出电压时，射流装置便因无法触防止在除触发间隙15之外其他位置发生闪络放[0087]该毛细管放电等离子体射流装置通过等离子体喷射触发导通阳极2与阴极前法兰[0088]3)在触发信号20发送580μs后，控制充电