沿面介质阻挡放电(Surface Dielectric Barrier Discharge,SDBD)等离子体主动流动控制技术具有结构简单、无运动部件、能耗低、响应时间短及激励频带宽等优点,近年来已成为国际上等离子体动力学与空气动力学交叉领域的前沿研究热点。SDBD等离子体中的带电粒子在电场作用下加速并与中性气体分子碰撞传递动量产生“离子风”,使其具备流动控制能力。“离子风”速度大小能够决定其激励器的应用性能。但是当前SDBD等离子体激励器诱导的“离子风”速度很低,仅为几米每秒,难以达到实际应用需求。为了克服并解决这一难题,必须优化改进SDBD等离子体激励器性能,提高其电流体力(Electro-hydro-dynamic,EHD)效果,同时需进一步探究SDBD等离子体激励器在不同优化条件下的电学特性及产生的动力学性能,以便对SDBD等离子体激励器的优化改进提供正确的理论指导。基于此,本文以大气压SDBD等离子体激励器为研究对象,以提高等离子体激励器动力学性能及探究内部物理机理为目的,开展了以下工作:1.设计研制了四种不同裸电极结构的SDBD等离子体激励器,即分别使用平板铝箔、锋锐刀片、圆柱细丝以及稠密铜网作为SDBD等离子体激励器裸电极,系统比较了这四种不同裸电极结构(不同电极边缘形状,曲率半径、截面积及布局)等离子体激励器的电学特性及动力学性能。通过对比研究发现,带有高曲率半径及尖端形状的铜网裸电极等离子体激励器诱导产生了最大的空间气流速度及推力,而常规平板铝箔裸电极等离子体激励器诱导产生了最小的空间气流速度及推力。引起该差异的主要原因是高曲率半径及尖端形状裸电极结构激励器产生了强的正周期类辉光放电,并且在负周期放电发展过程中出现了均匀放电形态。2.设计了一种新型裸电极结构,该裸电极由高曲率半径多针组成,并且高度可调。该电极结构设计能够有效加强电极边缘电场强度并可通过调节高度探究等离子体空间分布对SDBD等离子体激励器动力学特性的影响。实验中测量了同一功率下SDBD等离子体激励器在不同裸电极高度时产生的电学及动力学特性。研究表明,SDBD等离子体激励器诱导产生的空间气流速度和推力均会随着裸电极高度的增加而增长,引起该变化的原因是不同裸电极高度下SDBD等离子体激励器产生的等离子体空间分布及电场差异。3.采用交-直流双高压方式驱动上述四种结构SDBD等离子体激励器。对激励器在交流电压驱动的基础上施加正、负直流偏置电压,通过调节直流偏压实现对表面电势极性、大小及分布的调控。研究表明,正直流偏压提高了 SDBD等离子体激励器表面电势,但并没有改变其分布曲线的形状,只是抬升了偏压值。而负直流偏压降低了表面电势并发现电极边缘存在一个“类鞘层”结构使施加的负偏压被部分屏蔽。此外,不同直流偏置电压下的空间气流速度表明直流电场在等离子体区域加速效果较弱,但是在远离等离子体区域的作用效果比较明显,分析认为等离子体具有良好的导电性,外加直流偏压产生的电势梯度不能有效地作用在等离子体区域,只对离子密度较低的等离子体区域下游产生影响。4.采用铜网裸电极结构SDBD等离子体激励器并设计了一种交流与纳秒脉冲双高压驱动方式。当正、负脉冲电压以相同频率叠加于交流不同相位时,其上升沿处产生的增强放电会引起等离子体区域下游电势及交流类辉光放电的增强效果,同时相应叠加位置处的空间气流速度和推力也逐步增大并在交流信号波谷位置处达到最大值。正、负脉冲电压叠加于交流信号波谷时,SDBD等离子体在正脉冲电压下动力学性能明显提升,.此时的推力较单独交流电压驱动时相比增长近2.5倍,效率增长近2倍;负脉冲电压对SDBD等离子体激励器性能提升并不显著,推力只增长近1.28倍,效率增长1.18倍。在此基础上,固定脉冲电压与交流信号波谷处的叠加位置并逐渐减小脉冲频率,脉冲放电强度会有所增加,但却只引起了脉冲电压之后首个交流类辉光放电区域的增强而对其他交流周期内的放电并没有产生明显影响,此时的等离子体区域下游电势、空间气流速度、推力及效率均会降低。此外,研究发现,负脉冲电压叠加于交流波峰位置时产生的电学及动力学特性与上述结果有很大区别。负脉冲在下降沿处产生了很强的放电电流,并且增强了交流流光放电,但是等离子体区域下游电势、空间气流速度、推力及效率明显降低。该实验结果表明,脉冲放电引起的交流正周期类辉光放电增强及等离子体区域下游电势提升可以有效提高SDBD等离子体激励器动力学性能;而交流负周期流光放电增强及等离子体区域下游电势降低则限制了 SDBD等离子体激励器动力学性能的发展。