收稿日期：

2005-07-08；

修订日期：

2005-11-17 

基金项目：

国家

863

计划资助项目（2003AA753025）

作者简介：

宋慧敏（1979-）

，女，河北南宫人，博士研究生，研究方向为航空发动机控制与故障诊断。

等离子体流动控制实验系统的电特性仿真 

宋慧敏，李应红，吴

云，张

朴

（空军工程大学工程学院，西安

710038

）

摘 

要: 

采用

PSpice

软件进行了等离子体流动控制实验系统的电特性仿真。将等离子体放电建模为分段非线

性的电压控制电流源子模块，较好地解决了等离子体流动控制系统电特性仿真的关键问题。在此基础上，对等离

子体流动控制实验系统进行了仿真。仿真结果证实了等离子体放电模型的有效性，可用于指导进一步仿真和流动

控制实验系统的改进。 

关键词: 

大气压等离子体；流动控制；电特性；仿真 

中图分类号: 

O53；TP31

文献标识码：

A 

1 

引言 

由于具有独特的物理特性和重要的应用前景，

大气压低温等离子体在流动控制领域的研究越来

越引起世界各国航空界的高度重视

[1]

。空军工程大

学飞机推进系统实验室采用单相高压高频电源来

激励交错电极布局的电极板，

在常规大气条件下电

极板表面产生了等离子体，

并经试验验证了等离子

体对中性本底气体的加速作用。

等离子体流动控制实验系统是一个电系统，

采

用电路仿真软件对它的特性进行仿真是十分必要

的。Gadri

采用一维数值方法仿真了辉光放电等离

子体的物理过程

[2]

，郭小明等人对已建立的辉光放

电等离子体理论模型进行了改进

[3]

，

Chen Zhiyu

进行

了大气压辉光放电等离子体（OAUGDP）激励器系

统的

PSpice

仿真，

他指出仿真需要解决的最关键问

题是等离子体放电的模型问题

[4]

。本文根据辉光放

电电压

-

电流的幂律特性

[5]

，将等离子体放电建模为

分段非线性的电压控制电流源子模块，

较好地解决

了等离子体放电模型建立的问题，

并在此基础上对

等离子体流动控制实验系统的电特性进行了仿真。

2 

等离子体流动控制实验系统

空军工程大学飞机推进系统实验室建立了一

套大气压等离子体流动控制实验系统，

主要包括风

洞、速度测量系统、烟线显示系统、电源和等离子

体激励器等几个部分，图

1

为系统的原理示意图。

风洞为空军工程大学的低速风洞。

烟线显示系统由

两个部分组成，一部分产生烟线，另一部分用来捕

捉烟线流迹。速度测量系统包括探针、微压传感器

和数据采集处理系统等部分，

用于测量诱导的气流

速度。电源系统为新研制的高压射频（RF）电源，

输出电压为

0～20kV

连续可调，

输出频率

4～8kHz

连续可调。激励器采用交错电极布局方案，即在绝

缘电极板的上下表面都铺设平行的带状电极，

电极

不对称分布。在外加高压电源的作用下，等离子体

在电极板上下表面、上下两个相邻电极之间产生。

由于等离子体电极是非对称布局的，

会在电极板上

表面的电极附近产生向右的电场梯度。

等离子体在

该电场梯度的作用下发生定向运动，

同时诱导中性

本底气体一起向右运动，

由此能够在静止的空气中

诱导气流加速

[6]

。 

3 

等离子体放电的

PSpice

模型

PSpice