再入航天器和高速空天飛行器面臨的通信黑障問題是空天科學(xué)技術(shù)的前沿課題之一,為了認(rèn)識(shí)和解決該問題,通過構(gòu)建地面模擬實(shí)驗(yàn)裝置,對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究已成為一種重要的研究手段。通信黑障問題地面模擬實(shí)驗(yàn)研究的關(guān)鍵技術(shù)之一是產(chǎn)生與實(shí)際環(huán)境可比擬的密度高、電子溫度低、碰撞強(qiáng)、熱焓值高的亞波長特征參數(shù)等離子體鞘套,哈爾濱工業(yè)大學(xué)“臨近空間等離子體環(huán)境模擬與研究系統(tǒng)”使用級(jí)聯(lián)電弧等離子體源實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。為了更加精確地模擬真實(shí)的亞波長等離子體,進(jìn)而在實(shí)驗(yàn)室研究黑障問題的物理過程及其緩解措施,本文將依托實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)級(jí)聯(lián)電弧等離子體源的工作特性進(jìn)行系統(tǒng)研究,主要內(nèi)容分為以下幾個(gè)方面:針對(duì)等離子體源產(chǎn)生的等離子體束流與下游鈍體的相互作用,建立描述非平衡態(tài)等離子體輸運(yùn)過程的數(shù)學(xué)物理模型,在計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent中進(jìn)行模擬,采用正交試驗(yàn)法研究等離子體源噴口處等離子體的狀態(tài)及環(huán)境因素對(duì)鈍體包覆特性的關(guān)系和影響規(guī)律,明確影響等離子體對(duì)鈍體包覆特性的關(guān)鍵參量,為臨近空間等離子體參數(shù)的定向調(diào)控提供依據(jù)。針對(duì)實(shí)驗(yàn)所需測量的等離子體關(guān)鍵參數(shù),構(gòu)建包括光譜、朗繆爾探針和圖像采集等多種方式的診斷系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)光譜的空間分辨診斷,基... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

等離子體不同分類方式[20]

電通道變化為三陰極三放電通道，更為重要的是，級(jí)聯(lián)電弧等離子體源除了具有常規(guī)的陽極和陰極外，其主要特點(diǎn)在于增加了中段的“中性極”——具有層疊結(jié)構(gòu)、彼此絕緣特征的級(jí)聯(lián)板，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的高束流密度等離子體，通過這樣的技術(shù)方式，其產(chǎn)生的等離子體具有高密度、強(qiáng)碰撞、大尺度、亞波長特性。因此被應(yīng)用于臨近空間環(huán)境地面模擬裝置中。下面對(duì)臨近空間環(huán)境地面模擬裝置中級(jí)聯(lián)電弧等離子體源的結(jié)構(gòu)和特性進(jìn)行簡單介紹，該電弧源結(jié)構(gòu)方面由多個(gè)柱狀陰極、多個(gè)彼此絕緣、依次疊置的銅板（簡稱級(jí)聯(lián)板）和環(huán)狀陽極構(gòu)成，如下圖1-3所示，陰極、級(jí)聯(lián)板和陽極都由冷卻水進(jìn)行冷卻，多陰極分別連接至多個(gè)獨(dú)立的電源，陽極共同接地。通過在陰極、陽極之間施加先高頻后直流形式的電壓，使得工作氣體被直流電弧加熱、電離、膨脹，在電場和高壓流場的作用下，形成的高穩(wěn)定的等離子體束流從陽極噴口處噴出。目前此套電弧源形成的等離子體射流長度可超過1.5m，直徑大于10cm，電子密度處于1018~1021m-3之間。（a）實(shí)物圖（b）結(jié)構(gòu)拆分示意圖圖1-3三通道級(jí)聯(lián)電弧等離子體源示意圖

送猓?捎詡讀?緇≡叢諞歡ㄌ跫?驢剎??吣芰棵芏鵲牡?離子體束流，已經(jīng)應(yīng)用在等離子體與材料的相互作用領(lǐng)域。值得一提的是，荷蘭基礎(chǔ)能源研究院線性等離子體發(fā)生器Magnum-PSI上的三通道級(jí)聯(lián)電弧等離子體源[23]，它被用來模擬國際熱核聚變反應(yīng)堆條件下的高熱負(fù)荷等離子體，進(jìn)而通過研究該等離子體與材料的相互作用，尋找合適的核聚變裝置器壁材料。由前所述，級(jí)聯(lián)電弧等離子體源具有顯著的優(yōu)勢和應(yīng)用價(jià)值，下面將從從源結(jié)構(gòu)的角度（單通道和多通道兩個(gè)階段）介紹它的發(fā)展過程和研究現(xiàn)狀。1.2.1單通道級(jí)聯(lián)電弧等離子體源圖1-4三陰極單通道級(jí)聯(lián)電弧等離子體發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖[24]在20世紀(jì)80年代后期，埃因霍溫科技大學(xué)開始開發(fā)級(jí)聯(lián)電弧等離子體源[24]，其開發(fā)的三陰極單通道級(jí)聯(lián)電弧等離子體源的結(jié)構(gòu)如圖1-4所示，該源在初次使用氫氣放電時(shí)獲得了較為理想的結(jié)果[25,26]。在早期的研究中，級(jí)聯(lián)電弧源使用一個(gè)進(jìn)氣通道注入氬氣和氫氣的混合氣體，然而，在氬氣中加入少量氫氣會(huì)使噴嘴處的等離子體熄滅，導(dǎo)致電子密度和電子溫度顯著下降，并且純氫氣的通入會(huì)導(dǎo)致電極尖端快速磨損。針對(duì)這個(gè)問題，2003年B.deGroot和Z.Ahmad等人對(duì)級(jí)聯(lián)電弧源的進(jìn)氣方式進(jìn)行了改進(jìn)[23]，他們將進(jìn)氣孔徑從4mm減小到2mm，在級(jí)聯(lián)電弧源運(yùn)行的第一階段，讓氬氣以高壓但小流量（0.2slm）注入；在第二階段注入氫氣（3slm），具體方式如圖1-5所示。經(jīng)過他們的改進(jìn)，在軸向磁場強(qiáng)度為1.2T的情況下，級(jí)聯(lián)電弧源可產(chǎn)生電子溫度1eV、離子通量7×1022m-2s-1的等離子體，并且

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]螺桿馬達(dá)流固耦合動(dòng)態(tài)仿真及正交數(shù)值試驗(yàn)研究[D]. 單永平.華中科技大學(xué) 2019
[2]基于LabVIEW的朗繆爾探針等離子體診斷系統(tǒng)研究[D]. 吳金生.上海交通大學(xué) 2012



本文編號(hào)：2950668