CN114071849A - 一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器 - Google Patents
一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114071849A CN114071849A CN202111346800.5A CN202111346800A CN114071849A CN 114071849 A CN114071849 A CN 114071849A CN 202111346800 A CN202111346800 A CN 202111346800A CN 114071849 A CN114071849 A CN 114071849A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- plasma
- ablation
- target
- channel
- vacuum system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000002679 ablation Methods 0.000 title claims abstract description 96
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 38
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 claims description 197
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 17
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 14
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 12
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 8
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 claims description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 6
- 238000000752 ionisation method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 18
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 9
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005495 cold plasma Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/0006—Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
本发明公开了一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器,包括等离子体电源、电极、加速通道、真空系统和减速通道;所述等离子体电源加载在所述电极处可产生等离子体,气流通过所述电极中心的气孔将所述等离子体扩散至所述加速通道中;所述加速通道可将该等离子体加速为高速动态等离子体,并使其进入所述真空系统中;通过在所述加速通道出口设置烧蚀材料靶板或通过真空系统充入烧蚀材料颗粒,形成含烧蚀扩散物高速等离子体;该等离子体发生器可模拟超高声速目标所处的多种环境,从而得到超高声速目标烧蚀扩散物等离子体的电磁特性。本发明具有电离过程可控、维持过程时间长、电子密度可控、无破坏性且代价较低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体发生器领域,具体涉及一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体动态模拟领域。
背景技术
当高速导弹、航天飞机或无人机等目标在局域空间高速飞行时,其由于其高的速度(5马赫以上)和在大气层中特殊的位置,会使得目标与空气发生巨大的摩擦和强大的挤压,在飞行器的前方产生激波,温度将激增至几千度以上,从而引起大气分子的电离,使得分子中有些绕原子核旋转的电子脱离核电的牵引范围而飞出,形成自由电子,原来呈中性状态的分子就成带正电荷的离子。与此同时,自由荡漾的电子遇到了带正电的离子,又重新复合形成中性分子。当电离和复合两种过程的速率相等,即单位体积内正离子数和电子数基本相等时,则被电离的大气在目标表面及周围形成等离子体。此外,由于目标本身的防热材料在高温下产生烧蚀电离,会形成含烧蚀及扩散物复杂环境下的非均匀等离子体环境。这种非均匀等离子体的形成与高速飞行目标的形状、速度、飞行角度、防热材料和环境大气密度等因素有关。
现有的等离子鞘套地面模拟装置可以分为两类:热激发型与电激发型,前者主要有弹道靶、激波管以及燃烧型等离子体发生器;后者主要有电弧等离子体风洞、电子束等离子体发生器、冷等离子体发生器等。
目前的超高声速目标烧蚀扩散物等离子体地面模拟依然存在较多问题:(1)高超声速流动的高温特点极大地限制了地面实验设备的模拟能力。即使目前最先进的高焓设备也仅能在毫秒量级的实验时间里,模拟有限的一些飞行工况。这就决定了高超声速飞行器气动特性及其推进系统性能的研究必须由大量的数值计算来解决。(2)高温特点带来的空气分子的振动激发、解离、电离、辐射等内态变化,导致了高温气流介质特性变化。这种高温反应介质的平衡与非平衡流动要求建立更合理的高温气动物理模型,而且高温介质与飞行器构型材料的相互作用与热传导也是计算流体力学的一大难题。(3)计算结果与实验数据的差别使得高超声速飞行器气动力和气动热的研究处于非常困难的境地,制约着高超声速飞行器的研究与发展。要摆脱这种制约,就要不断地完善高温气动物理模型,改进高超声速反应流的计算方法,提高飞行器气动特性和推进系统性能的预测精度。(4)现有激波管、弹道靶等地面模拟手段产生的等离子体持续时间短,单次实验可获取的特性数据较少;电弧风洞等模拟手段产生的高温等离子体对模型破坏较大,等离子体分布难以定量控制。
因此,超高声速目标烧蚀扩散物等离子体动态模拟领域迫切需要研究具有电离过程可控、维持过程时间长、电子密度可控、无破坏性且代价较低的新实验手段,为超高声速目标烧蚀扩散物等离子体电磁特性研究提供基础。
发明内容
目前的超高声速目标烧蚀扩散物等离子体地面动态模拟实验手段存在无法精确模拟真实的速度及环境、不能准确测量等离子体运动的速度或对实验环境要求高等限制。
为克服上述限制,本发明提出一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器,包括等离子体电源、电极、加速通道、真空系统和减速通道;向所述电极处充入电离气体,并将所述等离子体电源加载在所述电极处可产生等离子体,气流通过所述电极中心的气孔将所述等离子体扩散至所述加速通道中;所述加速通道可将该等离子体加速为高速动态等离子体,并使其进入所述真空系统中;所述真空系统可产生等离子体,并与所述高速动态等离子体融合后,进入所述减速通道;通过在所述加速通道出口设置烧蚀材料靶板或通过真空系统充入烧蚀材料颗粒,形成含烧蚀扩散物高速等离子体;该等离子体发生器可模拟超高声速目标所处的多种环境,从而得到超高声速目标烧蚀扩散物等离子体的电磁特性。
其中,所述加速通道内通过设置强电流线圈对所述电极处产生的等离子体进行加速,可将所述等离子体加速到高速状态;通过改变该强电流线圈的电流强度,可模拟超高声速目标在不同飞行速度下的等离子体环境。
其中,通过调节所述等离子体电源的参数、放电模式、电离气体的流量与流速以及所述真空系统的放电参数,以及所述真空系统的放电参数,可实现对所述高速动态等离子体的速度及电子密度等参数的调控,模拟超高声速目标在不同飞行高度和不同大气环境下的动态等离子体环境。
其中,将烧蚀材料制成靶板放在所述加速通道通往所述真空系统的出口处,当高速动态等离子通过所述靶板时,将烧蚀材料的微粒瞬间汽化烧蚀喷出形成含有超高速微粒的等离子体,从而形成含烧蚀扩散物的复杂等离子体;使用不同烧蚀材料制成靶板,可得到含不同烧蚀扩散物的复杂等离子体。
其中,所述真空系统包括腔体、环状电极、电源系统、充气通道、抽真空系统和控制与监督系统;所述腔体的轴向两侧设有观察窗,可使不同波段电磁波通过;向所述环状电极处充入电离气体,并将电源系统加载在所述环状电极处,该环状电极可产生等离子体;所述充气通道位于所述腔体上方,可通过该充气通道将不同烧蚀材料颗粒带入到所述腔体内;所述抽真空系统可将腔体内气体抽出,从而实现所述腔体内的任意真空度条件;所述监控系统可根据所述腔体内的压力值控制所述抽真空系统的工作状态。
其中,所述加速通道上开设有第一光学窗口,所述减速通道上开设有第二光学窗口,通过所述第一光学窗口和第二光学窗口可以测量所述高速动态等离子体的运动速度。
其中,将烧蚀材料涂覆在目标表面,将目标悬挂在所述真空系统的腔体内,当高速动态等离子体喷至目标表面,会迅速形成等离子体鞘套,烧蚀材料会因高温汽化,烧蚀产物会进入所述等离子体鞘套中,形成烧蚀扩散物等离子体鞘套;利用时域测量法探测烧蚀扩散物等离子体包裹目标的电磁特性。
其中,所述真空系统内还设有朗缪尔探针,该朗缪尔探针设置在所述腔体顶部,且在腔体内的高度可由计算机进行调节,所述朗缪尔探针会自动诊断腔体内的等离子体的电子密度、电子温度等参数。
其中,在真空系统的腔体轴向方向依次架设C、X、Ku波段的天线,通过所述观察窗入射C、X、Ku波段的电磁波;通过改变电离气体的流量与流速、所述等离子体电源的参数和放电模式、所述加速通道的电流强度、制成靶板和目标涂层的烧蚀材料,模拟不同飞行高度、大气环境、飞行速度下的含不同烧蚀扩散物等离子体环境,测量所述等离子体对C、X、Ku波段电磁波的电磁特性。
其中,将所述观察窗的材质换为高密度聚乙烯,在真空系统的腔体轴向方向依次架设不同波段太赫兹波的天线,通过高密度聚乙烯的观察窗入射不同波段的太赫兹波;通过改变电离气体的流量与流速、所述真空系统的参数和放电模式、所述加速通道的电流强度、通过充气通道充入的烧蚀材料,模拟不同飞行高度、大气环境、飞行速度下的含不同烧蚀扩散物等离子体环境,测量所述等离子体对不同波段太赫兹波的电磁特性。
综上所述,本发明提出一种超高声速目标烧蚀物等离子体发生器,具有电离过程可控、维持过程时间长、电子密度可控、无破坏性且代价较低的优点,为超高声速目标烧蚀扩散物等离子体电磁特性研究提供了基础。
附图说明
图1为本发明实施例的一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器的示意图;
图2为本发明实施例的一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器架设天线时的示意图;
图3为本发明实施例一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器架设天线时的真空系统的侧视图。
具体实施方式
以下将结合本发明实施例中的图1~图3,对本发明实施例中的技术方案、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。
需要说明的是,附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的,并非用以限定本发明实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
需要说明的是,在本发明中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括明确列出的要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器,如图1所示,包括等离子体电源1、电极2、加速通道3、真空系统4和减速通道5;所述电极2设置在所述加速通道3的端部,所述加速通道3、真空系统4与减速通道5依次连接;向所述电极2处充入电离气体,并将所述等离子体电源1加载在所述电极2处,能够产生高密度的等离子体,气流通过所述电极2中心的气孔将产生的等离子体以脉冲的形式扩散至加速通道3中;所述加速通道3内设有强电流线圈,通过该强电流线圈的强电流会在加速通道3周围产生非常强的磁场,扩散至加速通道3中的等离子体在该强磁场中会受到一个非常强的洛伦兹力,在该强洛伦兹力下所述等离子体被加速为高温高密度不均匀的高速动态等离子体,进入所述真空系统4;通过在所述加速通道3的出口处设置烧蚀材料靶板或者在所述真空系统4中充入烧蚀材料颗粒,进而形成含烧蚀及扩散物的高速动态的等离子体;在所述真空系统4中,可进行各种环境构建,从而进行含烧蚀及扩散物的高速动态的复杂等离子体的电磁特性试验测试,其中所述真空系统4中亦可产生等离子体;所述高速动态等离子体进入所述真空系统4中,与所述真空系统4产生的等离子体相互融合,进入到所述减速通道5中,由于真空系统4中的等离子体密度较高速动态等离子体密度低,因此会使真空系统4产生的等离子体湮灭,从而使得所述高速动态等离子体慢慢减速。
如图1和图2所示,所述真空系统4包括腔体43、环状电极44、电源系统、充气通道、抽真空系统和监控系统;所述腔体43为直径60cm、宽50cm的圆柱形,在径向方向上、腔体43的两侧分别与所述加速通道3和减速通道5连接;所述环状电极44为两个圆柱形多孔放电电极,分别为阴极和阳极,在所述环状电极44上两侧、与加速通道3和减速通道5的连接处,分别设有开口使等离子体通过,且该开口大于两个所述通道的开口,为避免所述高速动态等离子体对所述环状电极44产生影响,两个所述环状电极44安装在所述腔体的内部,与所述腔体43和加速通道3的连接处的距离为5cm;当打开所述电源系统和环状电极44后,所述腔体43内的真空度可达到10Pa以内,腔体43内满足产生等离子体的条件,所产生的等离子体由两个环状电极44间向四周扩散,且产生的等离子体的参数可通过环状电极44的放电功率控制;所述充气通道位于所述腔体的上方,可通过该充气通道向腔体43内部充入电离气体,并随着电离气体的气流将烧蚀材料颗粒带入到腔体43中,进而形成烧蚀扩散物等离子体环境;通过该充气通道,还可向所述腔体43内充入适量气体,从而提高腔体43内的等离子体电子数密度;所述抽真空系统包括抽真空通道和真空泵,所述抽真空通道位于真空系统4的下方,与所述真空泵连接,通过真空泵将所述腔体43内的气体抽出,可实现腔体43内任意真空度;所述监控系统,可根据所述腔体内的压力值控制所述抽真空系统的工作状态。
所述监控系统还包括控制界面以及设置在所述腔体43与充气通道和抽真空通道的连接处的气压传感器,所述控制界面显示气压传感器实时测量的腔体43内的压力值;当达到腔体43的设定上限值时,该监控系统会打开所述真空泵,此时该真空泵开始工作;当达到腔体43的设定下限值时,该监控系统会关闭所述真空泵,使腔体43内的气压达到试验要求。
所述真空系统4还包括朗缪尔探针41,该朗缪尔探针41通过自动调节装置设置在所述真空系统4的腔体43的顶部,所述自动调节装置与计算机连接,通过计算机控制自动调节装置,从而调节该朗缪尔探针41在腔体43内的高度;当将该朗缪尔探针41放入所述腔体43中,开启所述环状电极44后,朗缪尔探针41会自动诊断腔体43内的等离子体的电子密度、电子温度等参数。
所述真空系统4的轴向方向上的侧面还设有观察窗,所述观察窗材质为石英玻璃;通过该观察窗可入射不同波段的电磁波,进而测量等离子体在不同波段的电磁散射特性。
所述真空系统4的腔体43与加速通道3和减速通道5之间设有阀门,当需要真空系统产生等离子体时,关闭所述阀门,打开所述环状电极44,即可放电产生等离子体;打开所述阀门,所述高速动态等离子体进入真空系统4,与真空系统产生的等离子体互相融合;后续在进行试验时,可根据要求选择使用等离子体电源1和电极2产生等离子体或选择使用真空系统4产生等离子体。
高速动态等离子体在超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器中运动时,利用两个光学窗口可以测量高速动态等离子体的运动速度,两个所述光学窗口为第一光学窗口31和第二光学窗口51,所述第一光学窗口31设置于所述加速通道3上,所述第二光学窗口51设置在所述减速通道5上;在两个所述光学窗口处分别利用光电倍增管采集同一等离子体团在不同位置的光电流,当高速动态等离子体经过两个光电倍增管的光纤探头时,每个光电流波形中都会分别对应一个峰,这两个峰之间的时间间隔就是该等离子体经过两光纤探头之间距离所用的时间,由此可求出所述等离子体在经过两个光纤探头时的速度。
在后续使用上述的超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器进行等离子体参数试验测试时,通过调节等离子体电源1的参数和放电模式、真空系统4的放电参数、电离气体和加速通道3的电流强度来改变动态等离子体的密度和参数,模拟超高声速目标在不同飞行速度、飞行高度、大气环境下的等离子体环境。
超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器通过等离子体电源1向电极2施加高压,使电极2内的气体脉冲在高压下发生击穿放电,在电极2间形成等离子体电流,与所述强电流在加速通道3周围产生的磁场相互作用形成的强大磁压力,使等离子体向前加速运动,随后等离子体进入所述强电流线圈,线圈中的磁压缩力将所述等离子体径向压缩,从而形成高速动态等离子体;将烧蚀材料制成靶板放在加速通道3的出口处,当所述高速动态等离子通过靶板时,将烧蚀材料的微粒瞬间汽化烧蚀喷出,形成含有超高速微粒的高速等离子体,从而实现含烧蚀扩散物的复杂等离子体的环境构建。可以采用高灵敏时空响应特性的光谱诊断方法,通过测量离子谱线的多普勒频移,得到所述高速动态等离子体的电子密度及电子温度。
所述真空系统4还包括载物台,该载物台与所述朗缪尔探针41共用一个腔体43的接口;当需要悬挂目标于载物台上时,将朗缪尔探针41从腔体43中取出,插入载物台,再通过腔体43侧面的观察窗将目标悬挂在所述载物台上。
当测量含烧蚀扩散物等离子体覆盖目标的电磁特性时,将烧蚀材料涂覆在所述目标表面;取出真空系统4中的朗缪尔探针41,放入载物台,将目标悬挂在所述载物台上;当等离子体电源1产生的等离子体经过加速通道3成为高速动态等离子体进入真空系统4中,该等离子体喷至所述目标表面,会迅速形成等离子体鞘套,烧蚀材料会因高温汽化,烧蚀产物会进入所述等离子体鞘套中,形成烧蚀扩散物等离子体鞘套,从而可以利用时域测量法探测烧蚀扩散物等离子体包覆目标的电磁特性。
当使用所述的超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器产生的高速动态等离子体与电磁波及太赫兹波进行实验测量时,如图2和图3所示,在已搭建的超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器的基础上,关闭所述真空系统4的腔体43与所述减速通道5之间的阀门;再分别采用C、X、Ku波段和0.1THz-4Thz波段的天线6架设在真空系统4的腔体的轴向方向,使用电磁波发射器7发出不同波段的电磁波,进而测量不同波段的电磁散射特性,具体操作如下:
S1、打开等离子体电源1后,电极2生成等离子体,通过加速通道3加速为高速动态等离子体后,在真空系统4的腔体的轴向方向依次架设C、X、Ku波段的天线6;可通过调节所述超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器的参数实现多种环境构建及多种超高声速目标飞行状态的模拟实验;
S11、通过改变电离气体(如氦气、氮气、氩气等)的流量和流速及电极2放电电压、放电电流来实现非均匀等离子体密度变化和动态特性演化,测量C、X、Ku波段电磁波在等离子体中的吸收、反射、透射、相移等参数变化,得到超高声速目标烧蚀扩散物等离子体的电磁特性;
S12、改变所述等离子体电源1的放电参数,模拟超高声速目标在不同飞行高度、大气环境下的烧蚀扩散物等离子体环境,测量烧蚀扩散物等离子体对C、X、Ku波段电磁波的反射、透射和吸收特性;
S13、改变所述加速通道3的电流,模拟超高声速目标在不同飞行速度下的烧蚀扩散物等离子体环境,测量烧蚀扩散物等离子体对C、X、Ku波段电磁波的反射、透射和吸收特性;
S14、改变制成靶板的烧蚀材料种类或目标表面的涂层,模拟含不同烧蚀扩散物的动态等离子体环境,测量不同烧蚀材料产生的烧蚀扩散物等离子体对C、X、Ku波段电磁波的反射、透射和吸收特性;
S2、由于太赫兹波在石英玻璃中穿透衰减较大,且波长较短,高速动态等离子体对0.1THz-4THz波段太赫兹波的反射透射和吸收特性不易测量,因此将真空系统4腔体的观察窗材质由石英玻璃换为高密度聚乙烯(HDPE),使太赫兹波的透过率大幅度提高;
S21、真空系统4中的电极放电产生等离子体后,通过腔体上方的充气通道,将烧蚀材料颗粒通过气流带入到真空腔室中,从而形成烧蚀扩散物等离子体环境;再将0.1THz-4Thz波段太赫兹波天线6放置在腔体径向两侧,可以测量太赫兹波在烧蚀扩散物等离子体中的传输参数;
S22、通过改变真空系统4的放电参数,模拟不同飞行高度、大气环境下的烧蚀扩散物等离子体环境,测量0.1THz-4Thz波段太赫兹波在烧蚀扩散物等离子体中的传输参数;
S23、改变加速通道3中的电流,模拟超高声速目标在不同飞行速度下烧蚀扩散物等离子体环境,得到烧蚀扩散物等离子体对0.1THz-4Thz波段太赫兹波的传输特性影响;
S24、通过所述充气通道的气流充入不同烧蚀材料颗粒,形成不同烧蚀扩散物等离子体环境,测量0.1THz-4Thz波段太赫兹波在不同烧蚀扩散物等离子体中的传输参数。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器,其特征在于,包括等离子体电源、电极、加速通道、真空系统和减速通道;向所述电极处充入电离气体,并将所述等离子体电源加载在所述电极处可产生等离子体,气流通过所述电极中心的气孔将所述等离子体扩散至所述加速通道中;所述加速通道可将该等离子体加速为高速动态等离子体,并使其进入所述真空系统中;所述真空系统可产生等离子体,并与所述高速动态等离子体融合后,进入所述减速通道;通过在所述加速通道出口设置烧蚀材料靶板或通过真空系统充入烧蚀材料颗粒,形成含烧蚀扩散物高速等离子体;该等离子体发生器可模拟超高声速目标所处的多种环境,从而进行试验可得到超高声速目标烧蚀扩散物等离子体的电磁特性。
2.如权利要求1所述的一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器,其特征在于,通过在所述加速通道内设置强电流线圈对所述电极处产生的等离子体进行加速,可将所述等离子体加速到高速状态;通过改变该强电流线圈的电流强度,可模拟超高声速目标在不同飞行速度下的等离子体环境。
3.如权利要求2所述的一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器,其特征在于,通过调节所述等离子体电源的参数、放电模式、电离气体的流量与流速以及所述真空系统的放电参数,可实现对所述高速动态等离子体的速度及电子密度等参数的调控,模拟超高声速目标在不同飞行高度和不同大气环境下的动态等离子体环境。
4.如权利要求1所述的一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器,其特征在于,将烧蚀材料制成靶板放在所述加速通道通往所述真空系统的出口处,当高速动态等离子通过所述靶板时,将烧蚀材料的微粒瞬间汽化烧蚀喷出形成含有超高速微粒的等离子体,从而形成含烧蚀扩散物的复杂等离子体;使用不同烧蚀材料制成靶板,可得到含不同烧蚀扩散物的复杂等离子体。
5.如权利要求3所述的一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器,其特征在于,所述真空系统包括腔体、环状电极、电源系统、充气通道、抽真空系统和监控系统;所述腔体的轴向两侧设有观察窗,可使不同波段的电磁波通过;通过充气通道向所述环状电极处充入电离气体,并将电源系统加载在所述环状电极处,该环状电极处可产生等离子体;所述充气通道位于所述腔体上方,可通过该充气通道将不同烧蚀材料颗粒带入到所述腔体内;所述抽真空系统可将腔体内气体抽出,从而实现所述腔体内的任意真空度条件;所述监控系统可根据所述腔体内的压力值控制所述抽真空系统的工作状态。
6.如权利要求1所述的一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器,其特征在于,所述加速通道上开设有第一光学窗口,所述减速通道上开设有第二光学窗口,通过所述第一光学窗口和第二光学窗口可以测量所述高速动态等离子体的运动速度。
7.如权利要求1所述的一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器,其特征在于,将烧蚀材料涂覆在目标表面,将目标悬挂在所述真空系统的腔体内,当高速动态等离子体喷至目标表面,会迅速形成等离子体鞘套,所述烧蚀材料会因高温汽化,烧蚀产物会进入所述等离子体鞘套中,形成烧蚀扩散物等离子体鞘套;利用时域测量法探测烧蚀扩散物等离子体包裹目标的电磁特性。
8.如权利要求5所述的一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器,其特征在于,所述真空系统内还设有朗缪尔探针,该朗缪尔探针设置在所述腔体顶部,且在腔体内的高度可由计算机进行调节,所述朗缪尔探针会自动诊断腔体内的等离子体的电子密度、电子温度等参数。
9.如权利要求8所述的一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器,其特征在于,在真空系统的腔体轴向方向依次架设C、X、Ku波段的天线,通过所述观察窗入射C、X、Ku波段的电磁波;通过改变电离气体流量与流速、所述等离子体电源的参数和放电模式、所述加速通道的电流强度、制成靶板和目标涂层的烧蚀材料,模拟不同飞行高度、大气环境、飞行速度下的含不同烧蚀扩散物等离子体环境,测量所述等离子体对C、X、Ku波段电磁波的电磁特性。
10.如权利要求8所述的一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器,其特征在于,将所述观察窗的材质换为高密度聚乙烯,在真空系统的腔体轴向方向依次架设不同波段太赫兹波的天线,通过高密度聚乙烯的观察窗入射不同波段的太赫兹波;通过改变电离气体的流量与流速、所述真空系统的参数和放电模式、所述加速通道的电流强度、通过充气通道充入的烧蚀材料,模拟不同飞行高度、大气环境、飞行速度下的含不同烧蚀扩散物等离子体环境,测量所述等离子体对不同波段太赫兹波的电磁特性。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111346800.5A CN114071849B (zh) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | 一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111346800.5A CN114071849B (zh) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | 一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114071849A true CN114071849A (zh) | 2022-02-18 |
CN114071849B CN114071849B (zh) | 2023-11-14 |
Family
ID=80271813
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111346800.5A Active CN114071849B (zh) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | 一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114071849B (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114980466A (zh) * | 2022-04-02 | 2022-08-30 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于非均匀等离子体结构实现电磁波聚焦的方法 |
CN115561555A (zh) * | 2022-10-17 | 2023-01-03 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 一种热透波材料动态烧蚀电性能的测试装置及方法 |
CN117828275A (zh) * | 2024-01-10 | 2024-04-05 | 江苏神州半导体科技有限公司 | 一种等离子体腔室arcing的预测方法及装置 |
CN117864385A (zh) * | 2024-03-11 | 2024-04-12 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 高超声速飞行器等离子体鞘套控制装置及流场参数算法 |
Citations (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1198072A (zh) * | 1997-01-09 | 1998-11-04 | 易通公司 | 脉冲阳极等离子体浸没注入 |
US20090066212A1 (en) * | 2005-04-07 | 2009-03-12 | Francesco Cino Matacotta | Apparatus and Process for Generating, Accelerating and Propagating Beams of Electrons and Plasma |
CN102282917A (zh) * | 2009-01-15 | 2011-12-14 | 株式会社日立高新技术 | 等离子处理装置以及等离子生成装置 |
CN102333412A (zh) * | 2011-09-08 | 2012-01-25 | 陈固明 | 一种高能多态低温等离子发生器 |
CN102361531A (zh) * | 2011-10-26 | 2012-02-22 | 西安电子科技大学 | 大面积均匀非磁化等离子体产生装置及方法 |
CN102581483A (zh) * | 2012-03-01 | 2012-07-18 | 天津大学 | 一种激光驱动非金属飞片的方法及实现装置 |
CN104502624A (zh) * | 2014-12-08 | 2015-04-08 | 天津大学 | 一种采用等离子体信号测定激光驱动飞片速度的装置 |
CN105781920A (zh) * | 2016-04-28 | 2016-07-20 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 激光支持的磁等离子体推力器 |
CN108037173A (zh) * | 2017-12-06 | 2018-05-15 | 上海无线电设备研究所 | 一种超高声速二维等离子体鞘套的测试系统及方法 |
CN109445226A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-03-08 | 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 | 基于极性分子相干转动的太赫兹光频梳产生装置及方法 |
CN109640501A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-04-16 | 上海无线电设备研究所 | 一种非均匀等离子体电子密度的诊断系统及方法 |
CN110139459A (zh) * | 2019-06-19 | 2019-08-16 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于旋转磁场高密度球形等离子体发生装置 |
CN112067237A (zh) * | 2020-09-24 | 2020-12-11 | 北京卫星环境工程研究所 | 基于等离子体的高超声速风洞 |
CN112163365A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-01 | 北京环境特性研究所 | 一种等离子鞘套中太赫兹波传输特性等效测量方法和装置 |
CN112188715A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-05 | 北京环境特性研究所 | 一种等离子发生装置及方法 |
CN112333909A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-02-05 | 西安电子科技大学 | 一种等离子体鞘套地面模拟电磁实验装置及使用方法 |
CN112555114A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-03-26 | 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 | 一种用于激光烧蚀推进的电磁组合矢量加速喷管 |
CN112816795A (zh) * | 2021-02-06 | 2021-05-18 | 西安电子科技大学 | 临近空间高速目标等离子体电磁测量系统 |
-
2021
- 2021-11-15 CN CN202111346800.5A patent/CN114071849B/zh active Active
Patent Citations (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1198072A (zh) * | 1997-01-09 | 1998-11-04 | 易通公司 | 脉冲阳极等离子体浸没注入 |
US20090066212A1 (en) * | 2005-04-07 | 2009-03-12 | Francesco Cino Matacotta | Apparatus and Process for Generating, Accelerating and Propagating Beams of Electrons and Plasma |
CN102282917A (zh) * | 2009-01-15 | 2011-12-14 | 株式会社日立高新技术 | 等离子处理装置以及等离子生成装置 |
CN102333412A (zh) * | 2011-09-08 | 2012-01-25 | 陈固明 | 一种高能多态低温等离子发生器 |
CN102361531A (zh) * | 2011-10-26 | 2012-02-22 | 西安电子科技大学 | 大面积均匀非磁化等离子体产生装置及方法 |
CN102581483A (zh) * | 2012-03-01 | 2012-07-18 | 天津大学 | 一种激光驱动非金属飞片的方法及实现装置 |
CN104502624A (zh) * | 2014-12-08 | 2015-04-08 | 天津大学 | 一种采用等离子体信号测定激光驱动飞片速度的装置 |
CN105781920A (zh) * | 2016-04-28 | 2016-07-20 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 激光支持的磁等离子体推力器 |
CN108037173A (zh) * | 2017-12-06 | 2018-05-15 | 上海无线电设备研究所 | 一种超高声速二维等离子体鞘套的测试系统及方法 |
CN109640501A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-04-16 | 上海无线电设备研究所 | 一种非均匀等离子体电子密度的诊断系统及方法 |
CN109445226A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-03-08 | 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 | 基于极性分子相干转动的太赫兹光频梳产生装置及方法 |
CN110139459A (zh) * | 2019-06-19 | 2019-08-16 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于旋转磁场高密度球形等离子体发生装置 |
CN112067237A (zh) * | 2020-09-24 | 2020-12-11 | 北京卫星环境工程研究所 | 基于等离子体的高超声速风洞 |
CN112163365A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-01 | 北京环境特性研究所 | 一种等离子鞘套中太赫兹波传输特性等效测量方法和装置 |
CN112188715A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-05 | 北京环境特性研究所 | 一种等离子发生装置及方法 |
CN112333909A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-02-05 | 西安电子科技大学 | 一种等离子体鞘套地面模拟电磁实验装置及使用方法 |
CN112555114A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-03-26 | 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 | 一种用于激光烧蚀推进的电磁组合矢量加速喷管 |
CN112816795A (zh) * | 2021-02-06 | 2021-05-18 | 西安电子科技大学 | 临近空间高速目标等离子体电磁测量系统 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
贾洁姝: "电磁波在尘埃等离子体中的传输特性研究", 《中国博士学位论文全文数据库 基础科学辑》, no. 1, pages 005 - 26 * |
雷凡: "磁化感应耦合放电等离子体产生数值模拟研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》, no. 5, pages 031 - 1 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114980466A (zh) * | 2022-04-02 | 2022-08-30 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于非均匀等离子体结构实现电磁波聚焦的方法 |
CN115561555A (zh) * | 2022-10-17 | 2023-01-03 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 一种热透波材料动态烧蚀电性能的测试装置及方法 |
CN117828275A (zh) * | 2024-01-10 | 2024-04-05 | 江苏神州半导体科技有限公司 | 一种等离子体腔室arcing的预测方法及装置 |
CN117864385A (zh) * | 2024-03-11 | 2024-04-12 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 高超声速飞行器等离子体鞘套控制装置及流场参数算法 |
CN117864385B (zh) * | 2024-03-11 | 2024-05-14 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 高超声速飞行器等离子体鞘套控制装置及流场参数算法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114071849B (zh) | 2023-11-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN114071849B (zh) | 一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器 | |
CN108037173B (zh) | 一种超高声速二维等离子体鞘套的测试系统及方法 | |
West et al. | Testing a helicon double layer thruster immersed in a space-simulation chamber | |
Lee et al. | Measurements of freely-expanding plasma from hypervelocity impacts | |
CN112816795B (zh) | 临近空间高速目标等离子体电磁测量系统 | |
JP4159252B2 (ja) | 大気中粒子の分析器 | |
CN106770411B (zh) | 一种二次电子测量装置 | |
Tang et al. | Sweep Langmuir probe and triple probe diagnostics for transient plasma produced by hypervelocity impact | |
Strikovskiy et al. | Pulsed high-voltage discharge in air with a pressure gradient | |
RU2590893C1 (ru) | Способ получения ударно сжатого слоя плазмы и устройство для его осуществления | |
RU72759U1 (ru) | Газодинамическая установка | |
Gekelman et al. | Particle and wave dynamics in a magnetized plasma subject to high rf pressure | |
Brown et al. | Spatial evolution of plasma waves in the near-field of a magnetically shielded Hall thruster | |
RU75742U1 (ru) | Газодинамическая установка | |
CN206365122U (zh) | 测量碰撞等离子体的装置 | |
CN114899082B (zh) | 一种全收集的动量成像谱仪 | |
Murakami et al. | Downstream flow analysis of high-power helicon double gun thruster with application to spacecraft propulsion systems | |
Gao | Instrumentation and Application of Image-Charge Detection of Electrospray-Charged Microparticles and Microdroplets | |
Schneider et al. | Flowing plasma interaction with an electric sail tether element | |
Murakami et al. | Downstream Plasma Velocity Measurement and Scaling Law of High-Power Helicon Double Gun Thruster | |
RU46356U1 (ru) | Газодинамическая установка | |
Caledonia et al. | Studies of the Interaction of 8 km/s Oxygen Atoms with Selected Materials | |
CN118175709A (zh) | 一种高精度全空间等离子体参数诊断系统及方法 | |
CN114655470A (zh) | 一种吸气式ecr离子推力器进气道组件 | |
Wright Jr | A study of single and binary ion plasma expansion into laboratory-generated plasma wakes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |