本发明涉及等离子体流动控制、点火助燃等领域，具体涉及一种适用于超燃冲压燃烧室的气动引弧高效等离子体点火方法。
背景技术：
1、在高超声速涡轮冲压组合动力发展中，涡轮-冲压模态转换过程中实现推力有效衔接、平稳过渡，是实现宽域飞行、水平起降的关键。冲压发动机燃烧室内组织稳定高效的燃烧涉及燃料的雾化、蒸发、掺混、点火、自持燃烧等多个物理化学反应过程。等离子体作为一种能量载体，能够快速将电能转为热能、机械能，从而实现流动控制、点火助燃等诸多功能。但是，冲压燃烧室内的高速来流几乎处于绝缘状态，只有通过相关辅助手段才能使其从气态转变为等离子态。目前，通过在电极上施加高电压，使电极间空气达到击穿条件，从而实现从气体向等离子体的转变。
2、在大气条件下，通过在放电电极两端施加高电压，当超过击穿电压时，空气将被击穿。根据帕邢定律，在大气压条件下，击穿电压随放电间距增加而增加。因电极间距对放电效率有重要影响，通常通过提高输入电压来增加电极间距，进而提高放电效率。但是，高电压会带来绝缘困难、电源重量增加等问题。
3、综上，目前等离子体放电存在击穿电压高、电极间距小、放电效率低等问题，无法满足高效低压等离子体放电应用需求。
技术实现思路
1、为解决目前等离子体放电存在的击穿电压高、电极间距小、放电效率低等问题，本发明提出一种适用于超燃冲压燃烧室的2级气动引弧高效等离子体点火装置，该装置包括半导体层104、共用阴极101、1级放电阳极102、2级放电阳极103、1级储能电容105、2级储能电容106、1-2级放电隔离二极管107；其中
2、半导体层104为长方体，安装在凹腔上游壁面形成的凹槽内，且凹槽形状与半导体层104形状完全相同，半导体层104上表面与凹腔上游壁面齐平，垂直于来流方向水平布置；
3、半导体层104沿展向方向设置两个通孔；两个通孔自半导体层104上表面垂直向下加工，且关于半导体层流向轴线对称布置，通孔间距由电极间距决定；共用阴极101、1级放电阳极102和2级放电阳极103由导电金属构成，其中共用阴极101和1级放电阳极102分别镶嵌于半导体层104的两个通孔中；2级放电阳极103沿流向布置在半导体层104后方的通孔中，该通孔处在半导体层流向轴线上，1级放电阳极102和2级放电阳极103形成逐级增加的放电间距；
4、1级储能电容105一端接1级放电阳极102，另一端接脉冲高压电源负端；共用阴极101接脉冲高压电源负端；1-2级放电隔离二极管107正端接脉冲高压电源正端，负端接2级储能电容106，2级储能电容106另一端接脉冲高压电源负端；2级放电阳极103接1-2级放电隔离二极管107负端。
5、在本发明的一个实施例中，半导体层104长度为10～20mm，宽度为5～10mm，高度为0.2～1mm。
6、在本发明的一个具体实施例中，半导体层104长度为15mm，宽度为8mm，高度为1mm。
7、在本发明的另一个实施例中，半导体层104沿展向方向两个通孔直径为4～10mm；共用阴极101和1级放电阳极102间距为0.5～4mm；共用阴极101和2级放电阳极103间距为10～50mm。
8、在本发明的另一个具体实施例中，半导体层104沿展向方向两个通孔直径为优选6mm；共用阴极101和1级放电阳极102间距为2mm；共用阴极101和2级放电阳极103间距为30mm。
9、在本发明的又一个实施例中，1级储能电容105和2级储能电容106均为耐高压电容，耐压值为3～20kv；1级储能电容105电容值为1～3uf；2级储能电容106电容值为8～20uf；1-2级放电隔离二极管107为高压二极管，耐压值为5～30kv。
10、在本发明的又一个具体实施例中，1级储能电容105和2级储能电容106耐压值为10kv；1级储能电容105电容值为2uf；2级储能电容106电容值为10uf；1-2级放电隔离二极管107耐压值为15kv。
11、还提供一种适用于超燃冲压燃烧室的多级气动引弧高效等离子体点火装置，其基于上述适用于超燃冲压燃烧室的2级气动引弧高效等离子体点火装置，其中，多级气动引弧高效等离子体点火装置还包括3级放电阳极、4级放电阳极、…、n级放电阳极；其中，3级放电阳极、4级放电阳极、…、n级放电阳极沿流向依次布置在半导体层104后方的通孔中，这些处在半导体层流向轴线上，1级放电阳极102、2级放电阳极103、3级放电阳极、4级放电阳极、…、n级放电阳极与共用阴极101形成逐级增加的放电间距。
12、此外，提供一种适用于超燃冲压燃烧室的气动引弧高效等离子体点火方法，点火系统工作过程如下；当脉冲高压输入高压信号时，1级储能电容105和2级储能电容106两端电压同步增加，储存脉冲能量；随着电压增加，由于共用阴极101和1级放电阳极102间距较短，二者电极间空气首先达到击穿条件，此时1级储能电容105两端通过击穿空气形成的放电通道导通，迅速释放能量；为防止第一级放电过程中，第二级储能电容能量消耗，储能电容间通过二极管并联充电；2级储能电容106由于1-2级放电隔离二极管107的作用，电流被限制，无法释放能量；随着1级储能电容105能量释放，共用阴极101、1级放电阳极102之间空气在半导体层和高电压作用下，形成一级等离子体团，具有导电特性；同时，一级等离子体团在来流的作用下，快速向下游流动，2级放电阳极103与共用阴极101之间的电场发生改变，某一时刻将达到击穿条件，使得2级放电阳极103与共用阴极101之间空气击穿，形成二级等离子体团；由于2级放电阳极103与共用阴极101间距大，因此放电效率提升。
13、本发明利用气流使小能量小间距放电产生的等离子体辅助大间距的电极间隙击穿，实现在较低电压条件下大间距放电，提高大能量的放电效率。
14、相比于传统的放电方法，本发明的气动引弧高效等离子体点火方法通过高速来流使第一级放电产生的等离子体触发下一级大能量长间距放电。通过气动引弧作用，能够使得放电间距增加，实现级联式放电，满足高效低压等离子体放电需求。
1.一种适用于超燃冲压燃烧室的2级气动引弧高效等离子体点火装置，其特征在于，该装置包括半导体层(104)、共用阴极(101)、1级放电阳极(102)、2级放电阳极(103)、1级储能电容(105)、2级储能电容(106)、1-2级放电隔离二极管(107)；其中
2.如权利要求1所述的适用于超燃冲压燃烧室的2级气动引弧高效等离子体点火装置，其特征在于，半导体层(104)长度为10～20mm，宽度为5～10mm，高度为0.2～1mm。
3.如权利要求1所述的适用于超燃冲压燃烧室的2级气动引弧高效等离子体点火装置，其特征在于，半导体层(104)长度为15mm，宽度为8mm，高度为1mm。
4.如权利要求1所述的适用于超燃冲压燃烧室的2级气动引弧高效等离子体点火装置，其特征在于，半导体层(104)沿展向方向两个通孔直径为4～10mm；共用阴极(101)和1级放电阳极(102)间距为0.5～4mm；共用阴极(101)和2级放电阳极(103)间距为10～50mm。
5.如权利要求1所述的适用于超燃冲压燃烧室的2级气动引弧高效等离子体点火装置，其特征在于，、如权利要求1所述的适用于超燃冲压燃烧室的2级气动引弧高效等离子体点火装置，其特征在于，半导体层(104)沿展向方向两个通孔直径为优选6mm；共用阴极(101)和1级放电阳极(102)间距为2mm；共用阴极(101)和2级放电阳极(103)间距为30mm。
6.如权利要求1所述的适用于超燃冲压燃烧室的2级气动引弧高效等离子体点火装置，其特征在于，1级储能电容(105)和2级储能电容(106)均为耐高压电容，耐压值为3～20kv；1级储能电容(105)电容值为1～3uf；2级储能电容(106)电容值为8～20uf；1-2级放电隔离二极管(107)为高压二极管，耐压值为5～30kv。
7.如权利要求1所述的适用于超燃冲压燃烧室的2级气动引弧高效等离子体点火装置，其特征在于，1级储能电容(105)和2级储能电容(106)耐压值为10kv；1级储能电电容(105)电容值为2uf；2级储能电电容(106)电容值为10uf；1-2级放电隔离二极管(107)耐压值为15kv。
8.一种适用于超燃冲压燃烧室的多级气动引弧高效等离子体点火装置，其基于如权利要求1至7任一项所述的适用于超燃冲压燃烧室的2级气动引弧高效等离子体点火装置，其特征在于，多级气动引弧高效等离子体点火装置还包括3级放电阳极、4级放电阳极、…、n级放电阳极；其中，3级放电阳极、4级放电阳极、…、n级放电阳极沿流向依次布置在半导体层(104)后方的通孔中，这些处在半导体层流向轴线上，1级放电阳极(102)、2级放电阳极(103)、3级放电阳极、4级放电阳极、…、n级放电阳极与共用阴极(101)形成逐级增加的放电间距。
9.一种适用于超燃冲压燃烧室的气动引弧高效等离子体点火方法，其基于如权利要求1至7任一项所述的适用于超燃冲压燃烧室的2级气动引弧高效等离子体点火装置，其特征在于，点火系统工作过程如下；当脉冲高压输入高压信号时，1级储能电容(105)和2级储能电容(106)两端电压同步增加，储存脉冲能量；随着电压增加，由于共用阴极(101)和1级放电阳极(102)间距较短，二者电极间空气首先达到击穿条件，此时1级储能电容(105)两端通过击穿空气形成的放电通道导通，迅速释放能量；为防止第一级放电过程中，第二级储能电容能量消耗，储能电容间通过二极管并联充电；2级储能电容(106)由于1-2级放电隔离二极管(107)的作用，电流被限制，无法释放能量；随着1级储能电容(105)能量释放，共用阴极(101)、1级放电阳极(102)之间空气在半导体层和高电压作用下，形成一级等离子体团，具有导电特性；同时，一级等离子体团在来流的作用下，快速向下游流动，2级放电阳极(103)与共用阴极(101)之间的电场发生改变，某一时刻将达到击穿条件，使得2级放电阳极(103)与共用阴极(101)之间空气击穿，形成二级等离子体团；由于2级放电阳极(103)与共用阴极(101)间距大，因此放电效率提升。
