CN108601188A - 新型马赫探针 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型马赫探针，涉及真空羽流参数诊断设备技术领域，本发明提供的新型马赫探针包括支座、收集模块一和收集模块二，其中：支座包括第一安装通道和的第二安装通道；收集模块一通过第一绝缘组件安装于第一安装通道中，收集模块一具有用于收集流场离子且所处平面平行于羽流流向的第一收集端面；收集模块二通过屏蔽绝缘件安装于第二安装通道中，收集模块二具有用于收集流场离子且平面垂直于羽流流向的第二收集端面。本发明提供的新型马赫探针通过两个模块的收集端面对离子进行收集，且不会因为超高流速而使探针之间干扰对方流场，测量结果更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及真空羽流参数检测设备技术领域，尤其是涉及一种新型马赫探针。
背景技术
离子推力器、霍尔推力器等电推力器因其比冲高、寿命长和系统质量较小等优点而广泛应用于航天器的姿态和轨道控制。准确获取电推力器真空羽流参数对于评估电推力器的性能是至关重要的。
电推力器喷管在真空喷出的羽流是等离子体，其中包含了由空心阴极发射的只做热运动的电子以及由栅极加速引出的可忽略热运动的离子。羽流中离子的宏观运动速度即羽流流速。
马赫探针是一类接触式的等离子体诊断工具，用于得到做宏观运动的等离子体的马赫数或直接得到运动速度，其一般是由两根朗缪尔探针组合而成。但是传统的马赫探针是相互平行且与垂直于流场放置的两根圆柱探针构成，其完全沉浸在真空羽流中的，使得羽流垂直流向探针，此时位于流场上游的探针的圆柱表面对高速流场产生剧烈的扰动，从而影响下游探针的测量，导致测量结果不准确。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型马赫探针，收集离子过程中不受到流场流速的影响，测量结果更加准确。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供一种新型马赫探针，包括支座、收集模块一和收集模块二，其中：
所述支座包括第一安装通道和的第二安装通道；
所述收集模块一通过第一绝缘组件安装于所述第一安装通道中，所述收集模块一具有用于收集流场离子且所处平面平行于羽流流向的第一收集端面；
所述收集模块二通过屏蔽绝缘件安装于所述第二安装通道中，所述收集模块二具有用于收集流场离子且所处平面垂直于羽流流向的第二收集端面。
进一步地，所述第一安装通道的轴线垂直于所述第二安装通道的轴线。
进一步地，所述第一绝缘组件包括第一紧固螺栓，所述第一紧固螺栓与所述支座连接，所述收集模块一插装于所述第一紧固螺栓上。
进一步地，还包括第一陶瓷护套和第一陶瓷垫片，其中：
所述第一陶瓷护套套设于所述收集模块一外部，且所述第一陶瓷护套夹设于所述收集模块一与所述第一紧固螺栓之间；
所述第一陶瓷垫片套设于所述第一紧固螺栓外部，且所述第一陶瓷垫片夹设于所述第一陶瓷护套与所述支座之间。
进一步地，所述屏蔽绝缘件包括第二紧固螺栓，所述第二紧固螺栓与所述支座连接，所述收集模块二插装于所述第二紧固螺栓上。
进一步地，所述屏蔽绝缘件还包括保护环和第二绝缘组件，其中：
所述保护环套设于所述收集模块二外部且与所述收集模块二连接到同一偏置电压电路；
所述第二绝缘组件设于所述保护环与所述收集模块二之间，以对所述保护环与所述收集模块二进行绝缘，所述第二绝缘组件具有凸沿，所述凸沿夹设于所述第二紧固螺栓与所述保护环之间，以对所述第二紧固螺栓与所述保护环进行绝缘。
进一步地，所述第二绝缘组件包括第二陶瓷护套和第二陶瓷垫片，其中：
所述第二陶瓷护套套设于所述收集模块二外部；
所述第二陶瓷垫片套设于所述收集模块二外部，且所述第二陶瓷垫片上具有所述凸沿；
所述第二陶瓷护套和所述第二陶瓷垫片之间形成环槽，所述环槽用于沿着平行所述保护环的轴线方向对所述保护环进行定位。
进一步地，所述收集模块二上具有定位端面，所述定位端面用于沿着所述保护环的轴线方向对所述第二陶瓷护套进行定位。
进一步地，所述收集模块一为平面朗缪尔型探针。
进一步地，所述收集模块二为平面朗缪尔型探针。
本发明提供的新型马赫探针能产生如下有益效果：
在使用上述新型马赫探针时，收集模块一通过绝缘组件安装于第一安装通道中，收集模块二通过屏蔽绝缘件安装于第二安装通道中，随后将收集模块一远离第一收集端面的端部连接到偏置电压电路，再将收集模块二与屏蔽绝缘件连接到与收集模块一相同的偏置电压电路中，随后电推力器启动喷射等离子体，形成羽流。羽流的流向平行于第一收集端面所处平面，且垂直于第二收集端面所处平面。在此过程中，屏蔽绝缘件用于为收集模块二屏蔽非轴向离子的收集且保证自身与收集模块二绝缘，偏置电压电源提供偏置电压，使第一收集端面和第二收集端面分别收集流场离子，产生饱和离子电流，待信号稳定后，测量上述两个饱和离子电流，并由此计算流速。
相对于现有技术来说，本发明提供的新型马赫探针不是通过两个相互平行的探针垂直于来流对离子进行收集，而是通过不同方位的平面对离子进行收集，绝缘组件和屏蔽绝缘件能够牢固的将收集模块一和收集模块二设置于支座上，并且在使用时，羽流的流向平行于第一收集端面所处平面，同时垂直于第二收集端面所处平面，这就使得收集过程不会产生超高流速时探针之间对对方测量的干扰，测量结果更加准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的新型马赫探针的三维结构示意图；
图2为本发明提供的新型马赫探针的截面图；
图3为本发明提供的收集模块一与绝缘组件连接时的三维结构示意图；
图4为本发明提供的收集模块二与屏蔽绝缘件连接时的三维结构示意图。
图标：1－支座；11－第一安装通道；12－第二安装通道；2－收集模块一；21－第一收集端面；3－收集模块二；31－第二收集端面；32－定位端面；4－第一绝缘组件；41－第一紧固螺栓；42－第一陶瓷护套；43－第一陶瓷垫片；5－屏蔽绝缘件；51－第二紧固螺栓；52－保护环；53－第二绝缘组件；531－第二陶瓷护套；532－第二陶瓷垫片。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图1为本发明提供的新型马赫探针的三维结构示意图；图2为本发明提供的新型马赫探针的截面图；图3为本发明提供的收集模块一与绝缘组件连接时的三维结构示意图；图4为本发明提供的收集模块二与屏蔽绝缘件连接时的三维结构示意图。
本实施例的目的在于提供一种新型马赫探针，如图1和图2所示，包括支座1、收集模块一2和收集模块二3，其中：
支座1包括第一安装通道11和的第二安装通道12；
收集模块一2通过第一绝缘组件4安装于第一安装通道11中，收集模块一2具有用于收集流场离子且平面平行于羽流流向的第一收集端面21；
收集模块二3通过屏蔽绝缘件5安装于第二安装通道12中，收集模块二3具有用于收集流场离子且所处平面垂直于羽流流向的第二收集端面31。
在使用上述新型马赫探针时，收集模块一通过绝缘组件安装于第一安装通道中，收集模块二通过屏蔽绝缘件安装于第二安装通道中，随后将收集模块一远离第一收集端面的端部连接到偏置电压电路，再将收集模块二与屏蔽绝缘件连接到与收集模块一相同的偏置电压电路中，随后电推力器启动喷射等离子体，形成羽流。羽流的流向平行于第一收集端面所处平面，且垂直于第二收集端面所处平面。在此过程中，屏蔽绝缘件用于为收集模块二屏蔽非轴向离子的收集且保证自身与收集模块二绝缘，偏置电压电源提供偏置电压，使第一收集端面和第二收集端面分别收集流场离子，产生饱和离子电流，待信号稳定后，测量上述两个饱和离子电流，并由此计算流速。
相对于现有技术来说，本实施例提供的新型马赫探针不是通过两个相互平行的探针垂直于来流对离子进行收集，而是通过平面对离子进行收集，绝缘组件和屏蔽绝缘件能够牢固的将收集模块一和收集模块二设置于支座上，并且在使用时，羽流的流向平行于第一收集端面所处平面，同时垂直于第二收集端面所处平面，这就使得收集过程不受到流场流速的影响，测量结果更加准确。
在一些实施例中，如图2所示，第一安装通道11的轴线垂直于第二安装通道12的轴线。当收集模块一2安装至第一安装通道11、收集模块二3安装至第二安装通道12后，收集模块一2端面所处平面能够直接垂直于收集模块二3端面所处平面，使得上述新型马赫探针的结构更加的简单。
需要说明的是，如图2所示，收集模块一2为平面朗缪尔型探针。其结构中的第一收集端面21为其较大的端面(要求其尺寸远大于德拜长度)，远离第一收集端面21的一端用于连接电路，其吸收离子的理论模型采用经典的平面朗缪尔探针离子收集厚鞘层离子收集模型。故其收集的离子饱和电流为：
式中e为元电荷的电荷量，n0为探针测量点的离子密度，As为收集模块表面积，mi为推进剂粒子质量。
在一些实施例中，如图2所示，为了方便收集模块一2安装至支座1上，第一绝缘组件4包括第一紧固螺栓41，第一紧固螺栓41与支座1连接，收集模块一2插装于第一紧固螺栓41上。
第一紧固螺栓41上设有内螺纹，收集模块一2上设有用于与内螺纹配合的外螺纹，当需要将收集模块一2安装至支座1上时，可以直接将收集模块一2旋入第一紧固螺栓41中。
在一些实施例中，如图2和图3所示，为了使得收集模块一2只有第一收集端面21暴露在羽流中，上述新型马赫探针还包括第一陶瓷护套42和第一陶瓷垫片43，其中：第一陶瓷护套42套设于收集模块一2外部，且第一陶瓷护套42夹设于收集模块一2与第一紧固螺栓41之间；第一陶瓷垫片43套设于第一紧固螺栓41外部，且第一陶瓷垫片43夹设于第一陶瓷护套42与支座1之间。
其中，如图2所示，第一陶瓷护套42包括包裹部和夹设部，包裹部包裹在收集模块一2的外部，避免收集模块一2的外圆面直接暴露在羽流中，夹设部夹设在第一紧固螺栓41与收集模块一2之间，使得第一陶瓷护套42相对于收集模块一2的位置稳定。
其中，如图2所示，第一陶瓷垫片43夹设于第一陶瓷护套42与支座1之间，使得第一陶瓷护套42的位置更加的稳定。
在一些实施例中，如图2和图4所示，为了方便收集模块二3安装至支座1上，屏蔽绝缘件5包括第二紧固螺栓51，第二紧固螺栓51与支座1连接，收集模块二3插装于第二紧固螺栓51上。
第二紧固螺栓51上设有内螺纹，收集模块二3上设有用于与内螺纹配合的外螺纹，当需要将收集模块二3安装至支座1上时，可以直接将收集模块二3旋入第二紧固螺栓51中。
在一些实施例中，如图2和图4所示，屏蔽绝缘件5还包括保护环52和第二绝缘组件53，其中：保护环52套设于收集模块二3外部且与收集模块二3连接到同一偏置电压电路，保护环52的作用是为了屏蔽收集模块二3对非轴向离子的收集；第二绝缘组件53设于保护环52与收集模块二3之间，以对保护环52与收集模块二3进行绝缘，第二绝缘组件53具有凸沿，凸沿夹设于第二紧固螺栓51与保护环52之间，以对第二紧固螺栓51与保护环52进行绝缘。
其中，收集模块二3和保护环52的材料均为钨，第二绝缘组件53的材料可以为陶瓷。
需要说明的是，收集模块二3为平面朗缪尔型探针。其结构中的第二收集端面31为其较大的端面(要求其尺寸远大于德拜长度)，远离第二收集端面31的一端用于连接电路，其吸收离子的理论模型采用经典的法拉第探针离子收集模型。故其收集的离子饱和电流为：
I1＝en0ApUP
式中e为元电荷的电荷量，n0为探针测量点的离子密度，Ap为收集模块表面积，Up为测量点等离子体流速。
本发明在理论上，可由收集模块的离子收集模型公式得到经典马赫探针的流速测量理论公式，形如：
在一些实施例中，如图2所示，第二绝缘组件53包括第二陶瓷护套531和第二陶瓷垫片532，其中：第二陶瓷护套531套设于收集模块二3外部；第二陶瓷垫片532套设于收集模块二3外部，且第二陶瓷垫片532上具有所述凸沿；第二陶瓷护套531和第二陶瓷垫片532之间形成环槽，环槽用于沿着平行保护环52的轴线方向对保护环52进行定位。
在安装时，首先将第二陶瓷垫片532套设于收集模块二3外部，随后将保护环52套设于第二陶瓷垫片532的外部，随后将第二陶瓷护套531套设于收集模块二3外部，使得第二陶瓷护套531和第二陶瓷垫片532之间形成用于对保护环52进行定位的环槽。
在一些实施例中，如图2所示，为了方便第二陶瓷护套531的定位，收集模块二3上具有定位端面32，定位端面32用于沿着保护环52的轴线方向对第二陶瓷护套531进行定位。
其中，第二陶瓷护套531上设有用于与保护环52相抵的第一定位面，保护环52上设有用于与第二陶瓷护套531相抵的第二定位面、用于与第二陶瓷垫片532相抵的第三定位面。第二陶瓷垫片532上设有用于与保护环52相抵的第四定位面。
在安装时，第二陶瓷垫片532套设于收集模块二3外部，第三定位面与第四定位面相抵，随后第二陶瓷护套531套设于收集模块二3外部，第一定位面与第二定位面相抵，最后拧紧收集模块二3，第二陶瓷护套531远离第一定位面的端面与定位端面相抵。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种新型马赫探针，其特征在于，包括支座(1)、收集模块一(2)和收集模块二(3)，其中：
所述支座(1)包括第一安装通道(11)和的第二安装通道(12)；
所述收集模块一(2)通过第一绝缘组件(4)安装于所述第一安装通道(11)中，所述收集模块一(2)具有用于收集流场离子且所处平面平行于羽流流向的第一收集端面(21)；
所述收集模块二(3)通过屏蔽绝缘件(5)安装于所述第二安装通道(12)中，所述收集模块二(3)具有用于收集流场离子且所处平面垂直于羽流流向的第二收集端面(31)。
2.根据权利要求1所述的新型马赫探针，其特征在于，所述第一安装通道(11)的轴线垂直于所述第二安装通道(12)的轴线。
3.根据权利要求1所述的新型马赫探针，其特征在于，所述第一绝缘组件(4)包括第一紧固螺栓(41)，所述第一紧固螺栓(41)与所述支座(1)连接，所述收集模块一(2)插装于所述第一紧固螺栓(41)上。
4.根据权利要求3所述的新型马赫探针，其特征在于，还包括第一陶瓷护套(42)和第一陶瓷垫片(43)，其中：
所述第一陶瓷护套(42)套设于所述收集模块一(2)外部，且所述第一陶瓷护套(42)夹设于所述收集模块一(2)与所述第一紧固螺栓(41)之间；
所述第一陶瓷垫片(43)套设于所述第一紧固螺栓(41)外部，且所述第一陶瓷垫片(43)夹设于所述第一陶瓷护套(42)与所述支座(1)之间。
5.根据权利要求1所述的新型马赫探针，其特征在于，所述屏蔽绝缘件(5)包括第二紧固螺栓(51)，所述第二紧固螺栓(51)与所述支座(1)连接，所述收集模块二(3)插装于所述第二紧固螺栓(51)上。
6.根据权利要求5所述的新型马赫探针，其特征在于，所述屏蔽绝缘件(5)还包括保护环(52)和第二绝缘组件(53)，其中：
所述保护环(52)套设于所述收集模块二(3)外部且与所述收集模块二(3)连接到同一偏置电压电路；
所述第二绝缘组件(53)设于所述保护环(52)与所述收集模块二(3)之间，以对所述保护环(52)与所述收集模块二(3)进行绝缘，所述第二绝缘组件(53)具有凸沿，所述凸沿夹设于所述第二紧固螺栓(51)与所述保护环(52)之间，以对所述第二紧固螺栓(51)与所述保护环(52)进行绝缘。
7.根据权利要求6所述的新型马赫探针，其特征在于，所述第二绝缘组件(53)包括第二陶瓷护套(531)和第二陶瓷垫片(532)，其中：
所述第二陶瓷护套(531)套设于所述收集模块二(3)外部；
所述第二陶瓷垫片(532)套设于所述收集模块二(3)外部，且所述第二陶瓷垫片(532)上具有所述凸沿；
所述第二陶瓷护套(531)和所述第二陶瓷垫片(532)之间形成环槽，所述环槽用于沿着平行所述保护环(52)的轴线方向对所述保护环(52)进行定位。
8.根据权利要求7所述的新型马赫探针，其特征在于，所述收集模块二(3)上具有定位端面(32)，所述定位端面(32)用于沿着所述保护环(52)的轴线方向对所述第二陶瓷护套(531)进行定位。
9.根据权利要求1－8任一项所述的新型马赫探针，其特征在于，所述收集模块一(2)为平面朗缪尔型探针。
10.根据权利要求1－8任一项所述的新型马赫探针，其特征在于，所述收集模块二(3)为平面朗缪尔型探针。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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