實(shí)驗(yàn)名稱：射頻放電等離子體激勵(lì)及發(fā)射光譜診斷系統(tǒng)

研究方向：探索射頻放電等離子體激勵(lì)對(duì)超聲速流動(dòng)中激波/邊界層干擾（SWBLI）非定常性的主動(dòng)控制效果及其作用機(jī)理。研究聚焦于等離子體激勵(lì)在流動(dòng)控制中的應(yīng)用，旨在通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段揭示射頻放電等離子體的物理特性及其對(duì)激波振蕩和邊界層結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用。具體分為兩個(gè)核心部分：首先在低壓靜態(tài)環(huán)境中分析等離子體的光譜特性，探究放電參數(shù)（功率、頻率）對(duì)電子溫度、振動(dòng)溫度和電子密度的影響規(guī)律；其次在超聲速風(fēng)洞中研究等離子體激勵(lì)對(duì)SWBLI動(dòng)態(tài)特性的控制效果，重點(diǎn)關(guān)注激波振蕩頻率變化和邊界層流動(dòng)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄可漕l放電等離子體的功率、頻率對(duì)等離子體特性（電子溫度等）的影響規(guī)律，及其在超聲速流場(chǎng)中對(duì)激波低頻振蕩抑制、高頻能量增強(qiáng)和邊界層渦結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)的控制效果，為主動(dòng)流動(dòng)控制技術(shù)提供實(shí)驗(yàn)支撐。

測(cè)試設(shè)備：射頻功率放大器ATA-8035、表面放電激勵(lì)器、低氣壓艙、真空泵、光纖光譜儀、超聲速風(fēng)洞、壓縮拐角實(shí)驗(yàn)件、高速相機(jī)、氙燈光源、凹面鏡、刀口、示波器、數(shù)字延遲發(fā)生器、阻抗匹配電路。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：在低氣壓艙（12kPa）中采用光纖光譜儀（0.4-1.1μm）采集射頻放電等離子體（0.5-1.1MHz，20-50W）的發(fā)射光譜，通過(guò)Boltzmann斜線法和Stark展寬反演電子溫度、振動(dòng)溫度及電子密度；同步在Ma=2超聲速風(fēng)洞中安裝壓縮拐角實(shí)驗(yàn)件（偏轉(zhuǎn)角20°），通過(guò)表面放電激勵(lì)器施加等離子體熱擾動(dòng)，利用紋影成像系統(tǒng)（氙燈光源+凹面鏡+刀口）結(jié)合高速相機(jī)（100kHz幀率）捕捉激波振蕩與邊界層分離泡動(dòng)態(tài)響應(yīng)，采用數(shù)字延遲發(fā)生器實(shí)現(xiàn)放電激勵(lì)與圖像采集的微秒級(jí)同步觸發(fā)；通過(guò)空間傅里葉變換提取激波振蕩主頻，結(jié)合小波相干分析量化分離區(qū)渦結(jié)構(gòu)與激波運(yùn)動(dòng)的相位關(guān)聯(lián)，最終基于MATLAB平臺(tái)對(duì)比不同放電參數(shù)下的動(dòng)態(tài)模態(tài)分解（DMD）特征，建立等離子體熱擾動(dòng)與激波/邊界層多尺度耦合的調(diào)控模型。

圖1射頻放電發(fā)射光譜診斷系統(tǒng)框圖

圖2激波/邊界層干擾（SWBLI）非定常性控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖

圖3壓縮拐角實(shí)驗(yàn)件

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：流動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)表明：未施加激勵(lì)時(shí)激波主頻為0.8-2.5kHz（占比總能量62%），施加0.7MHz激勵(lì)后激波低頻能量下降37%，高頻段（>10kHz）能量提升3.2倍，激波位移標(biāo)準(zhǔn)差從3.2mm降至2.5mm；當(dāng)激勵(lì)頻率提升至1.0MHz時(shí)，激波特征頻率遷移至5.8kHz（增幅230%），再附邊界層出現(xiàn)空間相干渦結(jié)構(gòu)（能量密度提升4.5倍），激波前緣脈動(dòng)與放電相位鎖定誤差<5μs，驗(yàn)證了等離子體熱沖擊對(duì)激波/邊界層多尺度耦合的調(diào)制效應(yīng)。

圖4，12kPa氣壓條件下的射頻表面放電圖像及其發(fā)射光譜圖

圖5不同負(fù)載功率下的發(fā)射光譜和相對(duì)光譜強(qiáng)度變化圖

圖6不同頻率功率下的發(fā)射光譜和相對(duì)光譜強(qiáng)度變化圖

圖7激波位置時(shí)間序列頻譜圖

產(chǎn)品推薦：ATA-8000系列射頻功率放大器

圖：ATA-8000系列射頻功率放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇