應(yīng)用案例

【概述】

本研究中使用射頻功率放大器，搭建射頻放電發(fā)射光譜診斷系統(tǒng)。探索射頻放電等離子體激勵對超聲速流動中激波/邊界層干擾（SWBLI）非定常性的主動控制效果及其作用機(jī)理。研究聚焦于等離子體激勵在流動控制中的應(yīng)用，旨在通過實驗手段揭示射頻放電等離子體的物理特性及其對激波振蕩和邊界層結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用。具體分為兩個核心部分：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）對電子溫度、振動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對SWBLI動態(tài)特性的控制效果，重點關(guān)注激波振蕩頻率變化和邊界層流動結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。

實驗名稱：射頻放電等離子體激勵及發(fā)射光譜診斷系統(tǒng)

實驗?zāi)康模?/span>探究射頻放電等離子體的功率、頻率對等離子體特性（電子溫度等）的影響規(guī)律，及其在超聲速流場中對激波低頻振蕩抑制、高頻能量增強(qiáng)和邊界層渦結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)的控制效果，為主動流動控制技術(shù)提供實驗支撐。

測試設(shè)備：ATA-8035射頻功率放大器、表面放電激勵器、低氣壓艙、真空泵、光纖光譜儀、超聲速風(fēng)洞、壓縮拐角實驗件、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。

實驗過程：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Boltzmann斜線法和Stark展寬反演電子溫度、振動溫度及電子密度；同步在Ma=2超聲速風(fēng)洞中安裝壓縮拐角實驗件（偏轉(zhuǎn)角20°），通過表面放電激勵器施加等離子體熱擾動，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態(tài)響應(yīng)，采用數(shù)字延遲發(fā)生器實現(xiàn)放電激勵與圖像采集的微秒級同步觸發(fā)；通過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)動的相位關(guān)聯(lián)，最終基于MATLAB平臺對比不同放電參數(shù)下的動態(tài)模態(tài)分解（DMD）特征，建立等離子體熱擾動與激波/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）非定常性控制實驗系統(tǒng)框圖

圖3壓縮拐角實驗件

實驗結(jié)果：光譜測試顯示，當(dāng)負(fù)載功率從20W增至100W（頻率1MHz固定），氮分子391.4/380.5nm譜線比（表征電子溫度）由2.1升至3.3，而371.1/380.5nm譜線比（振動溫度）穩(wěn)定在0.82±0.05，Stark展寬法測得電子密度維持（1.2±0.3）×10^{15}cm^{-3}；當(dāng)頻率從0.5MHz增至1.5MHz（100W固定），電子溫度譜線比呈現(xiàn)先增后降趨勢，峰值3.5出現(xiàn)在1.1MHz。流動控制實驗表明：未施加激勵時激波主頻為0.8-2.5kHz（占比總能量62%），施加0.7MHz激勵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)激勵頻率提升至1.0MHz時，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），激波前緣脈動與放電相位鎖定誤差<5μs，驗證了等離子體熱沖擊對激波/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)射光譜和相對光譜強(qiáng)度變化圖

圖7激波位置時間序列頻譜圖

安泰放大器在此應(yīng)用中的產(chǎn)品優(yōu)勢：

一、寬頻帶與高功率輸出——精準(zhǔn)覆蓋射頻放電參數(shù)調(diào)控范圍

二、高增益與步進(jìn)精細(xì)調(diào)節(jié)——實現(xiàn)等離子體激勵強(qiáng)度的精密調(diào)控

三、低失真與高輸出穩(wěn)定性——支撐相位鎖定與時空同步測量

【推薦產(chǎn)品】：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)

本文實驗素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機(jī)都支持免費(fèi)試用。西安安泰電子是專業(yè)從事功率放大器、高壓放大器、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測試儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)。如想了解更多功率放大器等產(chǎn)品，請持續(xù)關(guān)注安泰電子官網(wǎng)m.fjiakun.cn或撥打029-88865020。

原文鏈接：http://m.fjiakun.cn/news/4644.html