本發(fā)明涉及電暈放電，具體涉及一種離子風(fēng)推力測量裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、電暈放電是在不均勻電場中氣體介質(zhì)所發(fā)生特有的局部自持放電的現(xiàn)象，也是氣體放電常見的一種形式。電暈放電是一種相對穩(wěn)定的氣體放電形式，放電過程中會(huì)產(chǎn)生微弱的可見光以及咝咝聲。在電暈放電過程中，受高壓激發(fā)產(chǎn)生的離子在電場的作用下向接地極運(yùn)動(dòng)，在離子的運(yùn)動(dòng)過程中，離子會(huì)與放電場內(nèi)的空氣發(fā)生碰撞結(jié)合，使空氣分子帶有能量并與離子一起向接地極板運(yùn)動(dòng)，而這個(gè)過程宏觀表現(xiàn)為產(chǎn)生可以感知的電風(fēng)，又稱為離子風(fēng)。離子風(fēng)的歷史可以追溯到1709年，英國科學(xué)家francis?hauksbee首次發(fā)現(xiàn)離子風(fēng)現(xiàn)象，從1709年至1986經(jīng)過大量科學(xué)家們的大量理論與實(shí)踐研究離子風(fēng)有了一個(gè)相對成熟的概念，也奠定了離子風(fēng)效應(yīng)機(jī)理的電學(xué)基礎(chǔ)。離子風(fēng)作為一種能改變氣流形態(tài)的流體，通過減小飛行器阻力和產(chǎn)生推力，可作為一種推進(jìn)器的新型動(dòng)力源。該推進(jìn)方式還具有響應(yīng)快、能耗低、噪聲小以及無機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件等優(yōu)點(diǎn)，因此研究離子風(fēng)推力效應(yīng)是十分重要的。

2、隨著等離子體技術(shù)的不斷發(fā)展，人們越來越多地將其應(yīng)用于材料合成、表面改性、強(qiáng)化傳熱、污染治理、工藝改進(jìn)等各方面。離子風(fēng)作為放電等離子體的一種現(xiàn)象，在航天、能源、環(huán)境、材料、軍事等領(lǐng)域具有的廣闊的應(yīng)用前景引起了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。離子風(fēng)，即“電誘導(dǎo)二次流”，指在不均勻電場中，當(dāng)放電發(fā)生時(shí)，相對曲率較大電極附近產(chǎn)生大量離子射流運(yùn)動(dòng)，離子射流對周圍流體流動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動(dòng)，形成的由曲率較大電極到曲率較小電極方向的流體運(yùn)動(dòng)。由于研究者大多采取電暈放電的形式獲取離子風(fēng)，因此有關(guān)文獻(xiàn)也稱之為“電暈風(fēng)”或“電風(fēng)”。空氣放電離子風(fēng)技術(shù)是一門新穎的技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用方面具有現(xiàn)有技術(shù)手段不可比擬的優(yōu)勢。該技術(shù)在氣動(dòng)流控制及推進(jìn)、除塵、干燥、強(qiáng)化傳熱等各方面的應(yīng)用及研究已成為新的熱點(diǎn)問題。

3、對于電暈放電產(chǎn)生離子風(fēng)的理論解釋，目前國內(nèi)外研究學(xué)者普遍認(rèn)為是由電暈產(chǎn)生的空間電荷在電場作用下產(chǎn)生的電體積力對空氣做功形成的空氣流動(dòng)效應(yīng)。而對于離子風(fēng)的推力效應(yīng)，目前國內(nèi)外學(xué)者主要是通過改變放電結(jié)構(gòu)來研究離子風(fēng)的推力特性，無法統(tǒng)一不同條件對離子風(fēng)推力帶來的影響，同時(shí)無法解決開放空間所帶來的流場影響，導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確，也不能對離子風(fēng)的推力效應(yīng)進(jìn)行很好的理論解釋。目前大多數(shù)研究人員對離子風(fēng)的研究都停留在研究電極結(jié)構(gòu)對電暈放電離子風(fēng)性能的影響，而電暈放電的結(jié)構(gòu)主要有“線-板”式、“線-線”式、“針-板”式、“針-網(wǎng)”式等，很多研究具有一定的重復(fù)性。離子風(fēng)效應(yīng)是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，從理論計(jì)算的角度開展研究的科研人員都會(huì)進(jìn)行大量的模型簡化，而這些簡化模型都在一定程度上降低了研究結(jié)果的可靠性，造成對離子風(fēng)推力測試準(zhǔn)確性不足的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種離子風(fēng)推力測量裝置及方法。

2、在本發(fā)明的第一方面，提供了一種離子風(fēng)推力測量裝置，該裝置包括：

3、電暈放電結(jié)構(gòu)，其包括中空的金屬管、與所述金屬管圍成放電腔體的第一絕緣端蓋與第二絕緣端蓋以及安裝于所述放電腔體的金屬絲；

4、氣源，用于向所述放電腔體內(nèi)通入氣體；

5、壓差測量模塊，用于測量所述放電腔體內(nèi)氣壓差。

6、進(jìn)一步的，所述金屬絲的一端連接于所述第一端蓋，另一端穿過所述第二端蓋后位于所述放電腔體的外側(cè)且該端部連接有砝碼。本發(fā)明采用線-管式電暈放電結(jié)構(gòu)，為了保持線的垂直度，在下方懸掛一個(gè)20g的砝碼，使線保持在管的圓心。

7、進(jìn)一步的，所述電暈放電結(jié)構(gòu)下方設(shè)置有絕緣墊板；所述絕緣墊板為亞克力材質(zhì)。絕緣墊板是3d打印的一個(gè)長方體鏤空支柱，放電腔體放置于長方體鏤空支柱上，絕緣墊板對放電腔體起到支撐作用。

8、進(jìn)一步的，所述氣源包括：

9、氣源本體，其載有惰性氣體；氣源只向放電腔體中通入氣體，放電腔體上設(shè)有排氣口。

10、過濾管，其一端與氣源的出口相連，另一端與所述電暈放電結(jié)構(gòu)的進(jìn)氣口相連；所述過濾管，用于對氣源中流出的惰性氣體進(jìn)行過濾，以得到潔凈的氣體；

11、質(zhì)量流量計(jì)，其設(shè)置在所述過濾管與所述電暈放電結(jié)構(gòu)之間的管路上，用于對通入到所述電暈放電結(jié)構(gòu)中的氣體流量進(jìn)行控制。

12、進(jìn)一步的，所述壓差測量模塊包括：壓差傳感器、低壓調(diào)節(jié)閥和高壓調(diào)節(jié)閥。

13、所述第一絕緣端蓋上設(shè)置有進(jìn)氣口、測量點(diǎn)一和測量點(diǎn)二；所述壓差傳感器設(shè)置有高壓測量口和低壓測量口。所述測量點(diǎn)一通過氣路管先連接高壓調(diào)節(jié)閥，再連接壓差傳感器的高壓測量口；所述測量點(diǎn)二通過氣路管先連接低壓調(diào)節(jié)閥，再連接壓差傳感器的低壓差測量口。采用氣路管(四氟管)連接測量點(diǎn)一，再連接高壓調(diào)節(jié)閥，最后連接壓差傳感器的高壓差測量口。用氣路管(四氟管)連接測量點(diǎn)二，再連接低壓調(diào)節(jié)閥，最后連接壓差傳感器的低壓差測量口。壓差傳感器包括高壓測量口與低壓測量口，測量得到兩個(gè)測量口之間的壓差。平臺(tái)搭建完成后，首先打開高壓調(diào)節(jié)閥，然后打開低壓調(diào)節(jié)閥，記錄表讀數(shù)，然后關(guān)閉高壓調(diào)節(jié)閥，再關(guān)閉低壓調(diào)節(jié)閥。所述氣路管為四氟管。壓差傳感器包括高壓測量口與低壓測量口，測量得到兩個(gè)測量口之間的壓差。平臺(tái)搭建完成后，首先打開高壓調(diào)節(jié)閥，然后打開低壓調(diào)節(jié)閥，記錄表讀數(shù)，然后關(guān)閉高壓調(diào)節(jié)閥，再關(guān)閉低壓調(diào)節(jié)閥。

14、進(jìn)一步的，所述高壓源設(shè)置有高壓極和地極。

15、進(jìn)一步的，所述金屬絲連接高壓源的高壓極；所述金屬管連接所述高壓源的地極。在金屬絲和金屬管之間會(huì)有一個(gè)很大的壓差，產(chǎn)生電暈放電。

16、進(jìn)一步的，所述金屬管為鋁管。

17、進(jìn)一步的，所述金屬絲為鎢絲。

18、在本發(fā)明的第二方面，提供了一種離子風(fēng)推力測量方法，該方法包括：

19、s1、氣源產(chǎn)生的氣體經(jīng)過過濾管過濾后得到潔凈的氣體，在質(zhì)量流量計(jì)的控制下，潔凈的氣體以穩(wěn)定的流量通入到電暈放電結(jié)構(gòu)的放電腔體中；

20、s2、對金屬絲施加一個(gè)正高壓，并對金屬管施加地電壓，逐漸增大正高壓，金屬管與金屬絲之間形成不均勻電場且產(chǎn)生電暈放電；

21、s3、通入到放電腔體中的氣體在放電腔體內(nèi)被電離，電離生成的正離子及電子與中性分子發(fā)生碰撞，形成離子風(fēng)，并在放電腔體內(nèi)形成一定的壓差；

22、s4、利用壓差測量模塊對放電腔體內(nèi)的壓差變化進(jìn)行測量；

23、s5、根據(jù)壓差測量模塊的測量結(jié)果，確定離子風(fēng)推力。采用壓差表測量得到第一絕緣端蓋上兩個(gè)測量點(diǎn)之間的壓差，該值作為實(shí)驗(yàn)測量值。通過理論，兩個(gè)測量點(diǎn)之間的距圓心的半徑差有一定的關(guān)系，通過理論模型計(jì)算得到離子風(fēng)推力。

24、本發(fā)明的有益效果為：

25、(1)本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種全新的具有旋轉(zhuǎn)對稱性的離子風(fēng)推力測量裝置，該裝置具有封閉空間，該封閉空間的環(huán)境能夠排除流場的干擾，實(shí)現(xiàn)對離子風(fēng)推力的精準(zhǔn)測量。為了探究放電特征和力之間的作用設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案，減小不可控因素，消除離子風(fēng)流場的影響，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單的具有旋轉(zhuǎn)對稱性的封閉式電暈放電電極結(jié)構(gòu)，高度的對稱性可以消除復(fù)雜參數(shù)對推力精準(zhǔn)測量的影響從研究力的表現(xiàn)。在封閉的放電結(jié)構(gòu)中，還可以對氮?dú)?，氧氣，六氟化硫等氣體放電過程的推力特性進(jìn)行驗(yàn)證，以及不同氣體環(huán)境下力的表現(xiàn)。本發(fā)明首次發(fā)明了一種準(zhǔn)確測量離子風(fēng)推力的離子風(fēng)推力測量裝置，該裝置具有旋轉(zhuǎn)對稱性與密閉性，能夠排除流場等干擾因素對離子風(fēng)微弱靜電力測量帶來的影響。

26、(2)本發(fā)明提出了一種精確測量離子風(fēng)推力的測量方法，該方法在簡單的環(huán)境下就能得到準(zhǔn)確的推力測量值，并且能實(shí)現(xiàn)多氣氛條件下推力效應(yīng)測量。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明消除了流場對精準(zhǔn)測量的影響，同時(shí)減小了多個(gè)參數(shù)對模型簡化造成的影響。本發(fā)明提出了一種具有封閉空間的“線-管”式電暈放電的理論模型，本發(fā)明為離子風(fēng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化和理論模型構(gòu)建提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。“線-管”式電暈放電結(jié)構(gòu)的推力理論模型，揭示了離子風(fēng)推力效應(yīng)的原理，對電暈放電過程中產(chǎn)生的推力進(jìn)行了很好的理論解釋。在模型構(gòu)建過程中，根據(jù)結(jié)構(gòu)，參數(shù)，氣體等因素尋找相互之間的對應(yīng)關(guān)系，最終發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的規(guī)律。

27、應(yīng)當(dāng)理解，
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
部分中所描述的內(nèi)容并非旨在限定本發(fā)明的實(shí)施例的關(guān)鍵或重要特征，亦非用于限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的其它特征將通過以下的描述變得容易理解。