大能量高壽命半導體電嘴放電端結構的製作方法
2023-05-04 08:49:46 1
大能量高壽命半導體電嘴放電端結構的製作方法
【專利摘要】本實用新型提出大能量高壽命半導體電嘴放電端結構，由中心電極、半導體零件、側電極組成，側電極內孔徑為φ6mm～φ7.5mm，孔深3mm～6mm；中心電極外圓直徑為φ4.5mm～φ6mm，厚度1.5mm～2.5mm。該結構在凹陷露極式結構的基礎上增加諧振腔，這樣既可以增大電極的尺寸，增加半導體工作面積，等同於增加耗材，提高電極及半導體塗層的耐腐蝕性，又具有諧振腔，可以集中並加長火焰，提高點火可靠性。
【專利說明】大能量高壽命半導體電嘴放電端結構
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於航空、航天發動機點火領域，具體為一種大能量高壽命半導體電嘴放電端結構。
【背景技術】
[0002]現有的航空發動機點火電嘴主要有:火花電嘴(利用高壓擊穿電極間空氣間隙而放電產生火花的電嘴)、半導體電嘴(利用放電端的半導體元件產生起始電流，形成電子崩，導致電能釋放，產生電火花的電嘴)、沿面電嘴(利用高壓擊穿中心電極和側電極間陶瓷絕緣體表面間隙的電嘴)。國內成熟軍用發動機點火電嘴也以半導體電嘴最為廣泛。原因是半導體電嘴的優點在於放電電壓基本不受氣體介質和氣壓的影響，點火可靠性高。而半導體電嘴的缺點是使用壽命較短，目前裝備部隊的發動機配套半導體電嘴壽命大多不超過 100h0
[0003]現代戰機的工況要求十分苛刻，特別對電嘴的使用壽命和可靠性就提出了更高的要求，尤其對大能量(點火系統儲能大於10J)點火系統配套半導體電嘴壽命已要求提高到2000h以上。以目前點火電嘴的放電端結構設計還是大多參考以前成熟產品的結構(齊平式、凹陷式、外側式)，而大能量高壽命的半導體電嘴大多採用凹陷式結構，通過廠內試驗及外場試車結果表明，目前的產品結構只能在短時間內保證產品壽命及可靠性，超過100h後長時間使用存在較大失效風險，給飛行安全造成隱患。且現代戰機外形、重量要求嚴格，發動機內部環境惡劣(如更高的溫度、氣壓)等情況下，有多種不良因素抑制產品壽命的提高。因此尋求新的半導體電嘴放電端結構，以匹配日漸增長的產品壽命指標，滿足新型發動機的使用要求成為迫切研宄的課題。
[0004]半導體電嘴工作原理:半導體電嘴接受點火裝置輸出的高壓脈衝電能，通過點火電纜傳輸到半導體電嘴放電端，擊穿中心電極與側電極之間的半導體，產生電火花，點燃發動機燃燒室內的燃油空氣混合氣。
[0005]大能量高壽命要求的電嘴一般配套的發動機燃燒室溫度也較高，內部環境複雜惡劣，通過調查發現，目前國內此類電嘴放電端大都採用凹陷式結構(指半導體工作面凹陷於中心電極與側電極之間)。凹陷式結構一般分為凹陷露極式與凹陷隱極式。我們首先分析兩種結構的優缺點:
[0006]a)凹陷隱極式
[0007]很多具有補氧套管的(即在電嘴外部有一個包裹電嘴放電端的殼體，通過殼體與電嘴之間的間隙引入氧氣，輔助高空條件下的油氣引燃)，且補氧套管出口孔徑較小的(小於Φ6πιπι)，一般採用凹陷隱極式的放電端結構(見圖2a)。該結構的中心電極深陷於側電極內部，與半導體塗層是錐面配合，是由於補氧套管孔徑較小，採用錐面配合可以儘量增大中心電極的外圓尺寸，另外凹陷隱極式結構具有諧振腔，使火焰集中加長，點火可靠性高。
[0008]但該結構的缺點是電極尺寸依然較小，帶錐面耐電腐蝕性較差，且一般補氧套孔徑較小的產品其放電端外圓直徑也較小，這樣錐面配合就會造成半導體零件頭部較薄，零件強度較差，在長期使用過程中有碎裂風險。而且半導體零件的尺寸公差一般較大，這樣容易造成半導體零件與中心電極的錐面貼合不緊密，這樣會影響到產品性能。
[0009]b)凹陷露極式
[0010]在條件允許的情況下(放電端外圓較大(大於Φ15ι?πι)且無補氧套或補氧套管孔徑較大的(大於Φ6_))，可以採用凹陷露極式(見圖2b)，這種結構中心電極外圓可以設計的較大，厚度均勻，提高了電極的耐腐蝕性，同時也增大了半導體工作間隙的面積，同樣可以提尚廣品壽命。
[0011]但是該結構無諧振腔，火焰長度較短，點火可靠性相較於凹陷隱極式低，而且該結構半導體零件更靠近火焰高溫區域，這樣會使半導體塗層附近的工作溫度更高，使用風險更大。
【發明內容】
[0012]本實用新型目的是提供一種大能量高壽命半導體電嘴的放電端結構，以滿足新型發動機試驗進度以及飛行安全，提高發動機配套的半導體電嘴的壽命和可靠性，為我國航空發動機及輔助動力裝置早日提供高性能的半導體電嘴，進行了半導體電嘴放電端結構的改進。
[0013]本實用新型提出的新的半導體電嘴放電端結構應提高半導體塗層以及電極的耐電腐蝕性，同時具有凹陷隱極式和露極式的優點，並改善其缺點。因此本實用新型在凹陷露極式結構的基礎上增加諧振腔，這樣既可以增大電極的尺寸，增加半導體工作面積，等同於增加耗材，提高電極及半導體塗層的耐腐蝕性，又具有諧振腔，可以集中並加長火焰，提高點火可靠性。
[0014]本實用新型的技術方案為:
[0015]所述一種大能量高壽命半導體電嘴放電端結構，由中心電極、半導體零件、側電極組成，其特徵在於:側電極內孔徑為Φ6ι?πι?Φ 7.5mm，孔深3mm?6mm ;中心電極外圓直徑為 Φ 4.5mm ?Φ 6mm,厚度 1.5mm ?2.5mmο
[0016]有益效果
[0017]為了驗證本專利提出的高壽命半導體電嘴放電端結構的有效性，按上述放電端結構加工了 I件半導體電嘴試驗件，與儲能12J的點火裝置配套組成點火系統，進行廠內模擬壽命試驗，按照每次起動工作40s，休息2min，工作3次休息1min為I循環的工作規範，累計工作起動超過2000個循環(6000次起動)，這在以往的半導體電嘴中還從未有過達到其一半水平的，產品壽命得到了大幅度提高，而且在試驗過程中還對半導體電嘴的部分重要性能參數進行了記錄，試驗數據見圖4。從圖4中可以看出，電嘴試驗件絕緣電阻變化穩定，最小放電電壓經過一段時間的穩定後，緩慢上升，在經過6000次通電工作後僅升高到1200V，後續還有很大上升空間，證明了該半導體電嘴在如此長壽命的使用過程中，性能依然穩定良好，該放電端結構切實有效的提高了半導體電嘴使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1:半導體電嘴工作系統框圖。
[0019]圖2:半導體電嘴常用放電端結構；圖2(a)凹陷隱極式，圖2(b)凹陷露極式。
[0020]圖3:本實用新型結構示意圖。
[0021]圖4:試驗件壽命試驗性能測試記錄。
【具體實施方式】
[0022]下面結合具體實施例描述本實用新型:
[0023]本實施例中的大能量高壽命半導體電嘴放電端結構要提高半導體塗層以及電極的耐電腐蝕性，同時具有凹陷隱極式和露極式的優點，並改善其缺點。因此是在凹陷露極式結構的基礎上增加諧振腔，這樣既可以增大電極的尺寸，增加半導體工作面積，等同於增加耗材，提高電極及半導體塗層的耐腐蝕性，又具有諧振腔，可以集中並加長火焰，提高點火可靠性。
[0024]確定了結構的改進方向後，重點研宄該結構的最優尺寸，因此對該結構加工了多個試驗件，驗證各尺寸的最優範圍，通過一系列廠內試驗，最終得出電嘴放電端最優尺寸範圍(見圖3):側電極內孔應在Φ6ι?πι?Φ 7.5mm之間，孔深3mm?6mm ;中心電極外圓應在Φ 4.5mm?Φ 6mm之間，厚度1.5mm?2.5mm ;保證放電間隙在0.75mm?1.5mm之間。
[0025]按上述放電端結構加工了 I件半導體電嘴試驗件，與儲能12J的點火裝置配套組成點火系統，進行廠內模擬壽命試驗，按照每次起動工作40s，休息2min，工作3次休息1min為I循環的工作規範，累計工作起動超過2000個循環(6000次起動)，這在以往的半導體電嘴中還從未有過達到其一半水平的，產品壽命得到了大幅度提高，而且在試驗過程中還對半導體電嘴的部分重要性能參數進行了記錄，試驗數據見圖4。從圖4中可以看出，電嘴試驗件絕緣電阻變化穩定，最小放電電壓經過一段時間的穩定後，緩慢上升，在經過6000次通電工作後僅升高到1200V，後續還有很大上升空間，證明了該半導體電嘴在如此長壽命的使用過程中，性能依然穩定良好，該放電端結構切實有效的提高了半導體電嘴使用壽命。
【權利要求】
1.一種大能量高壽命半導體電嘴放電端結構，由中心電極、半導體零件、側電極組成，其特徵在於:側電極內孔徑為Φ6πιιη?Φ 7.5mm，孔深3mm?6mm ;中心電極外圓直徑為Φ 4.5mm ?Φ 6mm，厚度 1.5mm ?2.5mm0
【文檔編號】F02C7/266GK204253189SQ201420720779
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月26日 優先權日:2014年11月26日
【發明者】張喆, 高淑娟, 王暉 申請人:陝西航空電氣有限責任公司