一种低功耗可阵列式微尺度化的等离子体激励器的制作方法

本发明涉及等离子体流动控制，具体涉及一种低功耗可阵列式微尺度化的等离子体激励器。

背景技术：

1、等离子体流动控制在主动流动控制技术中属于相对较新但发展较快的研究领域，它是通过等离子体激励器来实现的。等离子体激励器是一种无运动部件的全电动装置，与传统的激励器相比具有响应速度快、结构安装简单、重量附加小、激励频带宽等优点。等离子体流动控制技术的关键器件是等离子体激励器，它直接决定了等离子体流动控制的性能。

2、目前的等离子体流动控制研究主要利用介质阻挡放电等离子体(dielectricbarrier discharge，dbd)，交流介质阻挡放电(ac-dbd)等离子体可以对激励器表面空气进行电离，诱导近壁面气流加速，进而对主流产生影响。虽然目前介质阻挡放电等离子体气动激励作为最常用的等离子体激励器，具有结构简单、便于安装的特点，但是dbd的放电过程实质是一系列类似于快脉冲的丝状放电，带电粒子的等离子体化学反应和输运过程就发生在这些细丝通道内，并不属于稳定放电。已有表面介质阻挡放电(sdbd)等离子体气动激励的研究发现，其工作在丝状放电区，放电不稳定且效率低于稳定的辉光放电，为增加诱导体积力，增强激励效果，应设计出响应速度快、稳定放电的等离子体流动控制激励器是必然的发展趋势。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种能够在大气压下实现稳定放电的一种低功耗可阵列式微尺度化的等离子体激励器，解决了现有介质阻挡放电激励器存在丝状放电不稳定性以及激励效率低的问题，可实现大气压下稳定可控放电，具有低功耗，易于实现阵列化、模块化，且在激励器表面形成“虚拟粗糙元”形态结构，具有独特的气动扰动特性。

2、本发明的技术解决方案是：

3、一种低功耗可阵列式微尺度化的等离子体激励器，包括依次设置的上电极层、中间绝缘介质层、下电极层，上电极层表面设有至少一个微米尺度的微凹槽；上电极层连接正面焊盘，下电极层连接背面焊盘，正面焊盘和背面焊盘用于连接高压电源。

4、在本发明的一个实施例中，所述上电极层和下电极层正对。

5、在本发明的一个实施例中，所述上电极层、中间绝缘介质层、下电极层组成的“三明治”结构，并且在上电极层和绝缘介质层进行微米尺度的微凹槽加工，使上电极层与绝缘介质层的微凹槽开口尺寸一致。即：所述微凹槽从上电极层延伸至中间绝缘介质层；沿着垂直于绝缘介质层的方向，上电极层与绝缘介质层的微凹槽开口尺寸一致。

6、在本发明的一个实施例中，所述上电极层与绝缘介质层的微凹槽开口尺寸：槽宽和槽深在微米量级，其范围分别为100～600μm、100～1000μm之间；槽长的范围在毫米以上量级，可长可短。

7、在本发明的一个实施例中，所述上电极层、下电极层的材质为铜、钨、钼或镍等材料。

8、在本发明的一个实施例中，所述上电极层、下电极层的厚度尺寸范围为10～300μm之间。

9、在本发明的一个实施例中，所述绝缘介质层的材质为可加工微晶玻璃陶瓷、氧化物陶瓷或氮化物陶瓷、聚酰亚胺薄膜或环氧树脂等绝缘材料。

10、在本发明的一个实施例中，所述绝缘介质层的厚度尺寸范围为100～1000μm之间。

11、在本发明的一个实施例中，所述高压电源为高压直流电源、脉冲电源或者高压交流电源。

12、在本发明的一个实施例中，所述上电极层与绝缘介质层的微凹槽可实现阵列式分布，阵列数目不限。所述阵列式分布包括多个微凹槽平行阵列、或者多个微凹槽在同一直线上阵列。

13、通过上述技术方案，本发明的等离子体激励器通过一层上电极层、一层绝缘介质层、一层下电极层组成的“三明治”结构，以及驱动激励的高压电源通过正面焊盘和背面焊盘连通上电极层和下电极层。实现了在上电极层、下电极层之间施加高电压电场，上电极与下电极在微凹槽内部击穿放电，并且等离子体团从微凹槽内部延展至上电极层表面，实现在大气压下稳定均匀放电，在激励器表面形成“虚拟粗糙元”形态结构，从而在上电极层表面流场中形成等离子体气动激励。

14、综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：

15、1)本发明等离子体激励器，与传统dbd等离子体激励器的丝状放电不稳定性以及激励效率低等问题相比，本发明可以实现大气压下低功耗且稳定可控放电；

16、2)本发明等离子体激励器可以在激励器表面形成“虚拟粗糙元”形态结构，具有独特的气动扰动特性；

17、3)本发明等离子体激励器可以通过改变微凹槽的长度、深度、宽度，以及微凹槽阵列式的排布和间距、施加在激励器上不同的高电压驱动形式和电学参数，从而实现针对不同来流工况进行合理有效地改变流场扰动结构；

18、4)本发明等离子体激励器无运动部件，响应速度快，工作频带宽，可靠性高，结构简单，微尺度化，可嵌于飞行器表面，所占空间位置小，可以对飞行器实现三维的主动流动控制；

19、本发明等离子体激励器易于实现激励器的阵列化、模块化，便于后期实现电气化智能控制，该激励器可配合闭环控制系统，针对性启动激励器进行主动控制。

技术特征：

1.一种低功耗可阵列式微尺度化的等离子体激励器，其特征在于：包括依次设置的上电极层(1)、中间绝缘介质层(2)、下电极层(3)，上电极层(1)表面设有至少一个微米尺度的微凹槽(4)；

2.根据权利要求1所述的一种低功耗可阵列式微尺度化的等离子体激励器，其特征在于：所述上电极层(1)和下电极层(3)正对。

3.根据权利要求1所述的一种低功耗可阵列式微尺度化的等离子体激励器，其特征在于：所述微凹槽(4)从上电极层(1)延伸至中间绝缘介质层(2)；沿着垂直于绝缘介质层(2)的方向，上电极层(1)与绝缘介质层(2)的微凹槽(4)开口尺寸一致。

4.根据权利要求1所述的一种低功耗可阵列式微尺度化的等离子体激励器，其特征在于：所述上电极层(1)、下电极层(3)的厚度为10～300μm。

5.根据权利要求4所述的一种低功耗可阵列式微尺度化的等离子体激励器，其特征在于：所述绝缘介质层(2)的厚度尺寸范围为100～1000μm。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种低功耗可阵列式微尺度化的等离子体激励器，其特征在于：所述微凹槽(4)的槽宽为100～600μm、槽深为100～1000μm、槽长的范围在毫米以上量级。

7.根据权利要求1所述的一种低功耗可阵列式微尺度化的等离子体激励器，其特征在于：所述上电极层(1)、下电极层(3)的材质为金属；

8.根据权利要求1所述的一种低功耗可阵列式微尺度化的等离子体激励器，其特征在于：所述绝缘介质层(2)的材质为绝缘材料；

9.根据权利要求1所述的一种低功耗可阵列式微尺度化的等离子体激励器，其特征在于：所述高压电源(7)为高压直流电源、脉冲电源或者高压交流电源。

10.根据权利要求1所述的一种低功耗可阵列式微尺度化的等离子体激励器，其特征在于：所述上电极层(1)与绝缘介质层(2)的微凹槽(4)呈阵列式分布；

技术总结
本发明公开了一种低功耗可阵列式微尺度化的等离子体激励器，包括电一层上电极层、一层绝缘介质层、一层下电极层组成的“三明治”结构，并且在上电极层和中间绝缘介质层进行微米尺度的微凹槽加工，使上电极层与中间绝缘介质层的微凹槽开口尺寸一致。两层电极在高电压电源驱动作用下，上电极与下电极在微凹槽内部击穿放电，并且等离子体团从微凹槽内部延展至上电极层表面，实现在大气压下稳定均匀放电。本发明的等离子体激励器，可使用高压直流、脉冲或交流等形式的高压电源，其电压与频率可调，可以实现大气压下稳定可控放电，具有低功耗、易于实现阵列化、模块化，且在激励器表面形成“虚拟粗糙元”形态结构，具有独特的气动扰动特性。

技术研发人员：马弢
受保护的技术使用者：中国航天空气动力技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12