本发明专利技术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。本发明专利技术具有电离过程可控、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。无破坏性且代价较低的优点。无破坏性且代价较低的优点。
【技术实现步骤摘要】
一种超高声速目标烧蚀扩散物等离子体发生器
[0001]本专利技术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。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
技术实现思路
[0006]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。
[0007]为克服上述限制，本专利技术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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]综上所述，本专利技术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本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
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...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾洁姝，谢志杰，都妍，何鸿飞，冯明，廖意，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：
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