近些年隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展,臨近空間的開(kāi)發(fā)越來(lái)越受到重視,臨近空間不僅是高超聲速飛行器的飛行走廊,而且還是航天器往返太空的必經(jīng)之地。在臨近空間,飛行器飛行速度較高,由于粘性和激波的作用,飛行器表面附近的空氣分子會(huì)因?yàn)閯×业臒徇\(yùn)動(dòng)電離,形成電離氣體(等離子體),電離氣體附著在飛行器周?chē)?形成所謂的等離子體鞘套。等離子體鞘套中具有大量的粒子包括中性分子、帶電自由粒子,其中帶電自由粒子中包括自由離子和自由電子。自由電子對(duì)電磁的傳播影響較大,對(duì)電磁波具有反射和散射作用,引發(fā)一系列電磁效應(yīng),使通信和探測(cè)信號(hào)產(chǎn)生畸變,導(dǎo)致信息系統(tǒng)特性發(fā)生改變,對(duì)高速飛行器的通信和探測(cè)造成嚴(yán)重影響。地面模擬是研究臨近空間高速目標(biāo)等離子體的有效方法,臨近空間高速目標(biāo)等離子體電磁科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置,正是在這種背景下產(chǎn)生的。電磁科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置主要研究電磁波與等離子體的相互作用機(jī)理;高速飛行器通信異常問(wèn)題;等離子體包覆下可靠的雷達(dá)探測(cè)問(wèn)題等。這些問(wèn)題研究都需要可靠的電子密度數(shù)據(jù)。本文主要為電磁科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置研制兩種電子密度診斷系統(tǒng):三道HCN干涉儀和靜電探針系統(tǒng),其中靜電探針系統(tǒng)又分為快動(dòng)探針系統(tǒng)和探針陣列系統(tǒng)。干涉儀主要測(cè)量等離子體弦積分電子密度,快動(dòng)探針測(cè)量電子密度的徑向分布。第一章,簡(jiǎn)單介紹了電磁科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置研制背景,電磁科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的研究目的、參數(shù)范圍等。并介紹了HCN干涉儀和靜電探針國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。第二章,詳細(xì)介紹了HCN干涉儀測(cè)量等離子體電子密度的物理基礎(chǔ),分析了中性分子和碰撞頻率對(duì)干涉儀測(cè)量的影響。介紹了常見(jiàn)靜電探針的原理,以及非理想狀態(tài)下探針的修正理論。第三章,主要介紹了三道HCN干涉儀的研制,包括干涉儀波長(zhǎng)的選擇、干涉儀結(jié)構(gòu)的選擇、中頻調(diào)制系統(tǒng)的選擇及研制、光路設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)和探頭選擇等。第四章,介紹了靜電探針的研制,主要包括探針支架的設(shè)計(jì)。由于探針支架放在電測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)部,探針工作在高溫流場(chǎng)中,因此,我們使用ANSYS軟件對(duì)探針做了應(yīng)力和熱分析,結(jié)果表明我們?cè)O(shè)計(jì)是合理有效的。第五章主要是對(duì)HCN干涉儀和靜電探針系統(tǒng)做了測(cè)試,首先使用wedge代替等離子體做了臺(tái)面測(cè)試,測(cè)試結(jié)果與理論計(jì)算值比較發(fā)現(xiàn)兩者符合一致。然后使用多凹腔組合式感應(yīng)耦合等離子體測(cè)試HCN干涉儀和靜電探針系統(tǒng)。兩者測(cè)量結(jié)果相符。最后對(duì)全文做了總結(jié),以及對(duì)未來(lái)做了展望。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：O536;V219

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本文編號(hào)：2820737