霍爾推力器低頻振蕩時(shí)間尺度內(nèi)羽流發(fā)散角測(cè)量方法
【專利摘要】霍爾推力器低頻振蕩時(shí)間尺度內(nèi)羽流發(fā)散角測(cè)量方法，涉及等離子體推進(jìn)領(lǐng)域。它是為了獲取霍爾推力器低頻振蕩時(shí)間尺度內(nèi)羽流發(fā)散角的動(dòng)態(tài)特性。它通過(guò)探針測(cè)量每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的低頻振蕩電流波形圖和離子電流波形，選取一個(gè)時(shí)刻的低頻振蕩電流值并從離子電流曲線上找到與之對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，將采集的點(diǎn)進(jìn)行擬合后得到沿徑向的離子分布曲線，并計(jì)算得到該時(shí)刻的羽流發(fā)散角，以此類推，可以得到羽流發(fā)散角隨時(shí)間的變化曲線。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了測(cè)量羽流發(fā)散角的動(dòng)態(tài)特性，獲得羽流發(fā)散角在低頻振蕩時(shí)間尺度內(nèi)的變化曲線，為研究霍爾推力器羽流發(fā)散角變化提供有效技術(shù)途徑。本發(fā)明適用于霍爾推力器低頻振蕩時(shí)間尺度內(nèi)羽流發(fā)散角測(cè)量。
【專利說(shuō)明】霍爾推力器低頻振蕩時(shí)間尺度內(nèi)羽流發(fā)散角測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及等離子體推進(jìn)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)因其效率高、比沖適中和長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)，在衛(wèi)星位置保持 和軌道提升中獲得成功應(yīng)用，已成為航天推進(jìn)領(lǐng)域的重要研究方向?；魻柾屏ζ饔鹆鳛楦?速稀薄等離子體且較發(fā)散，對(duì)航天器表面、太陽(yáng)能電池和通信設(shè)備等存在污染，因此對(duì)霍爾 推力器羽流發(fā)散角的評(píng)估測(cè)量是霍爾推力器研究的重要內(nèi)容之一?；魻柾屏ζ鞯挠鹆靼l(fā)散 角是指其噴出等離子體在羽流空間的束流擴(kuò)張角度，因此通常用它來(lái)反映等離子體束的集 中程度和聚焦特性，也是用來(lái)評(píng)價(jià)推力器對(duì)飛行器表面相互作用的一個(gè)重要參數(shù)。
[0003] 霍爾推力器的低頻振蕩特性會(huì)使等離子體的發(fā)散角增大，增大羽流污染，而目前 的測(cè)量方法只能測(cè)量推力器在穩(wěn)態(tài)條件下的羽流發(fā)散角，在低頻振蕩時(shí)間尺度內(nèi)（通常為 十幾個(gè)ys)，很難獲得羽流發(fā)散角的動(dòng)態(tài)特性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的測(cè)量方法無(wú)法獲得幾十U S量級(jí)羽流發(fā)散角隨時(shí)間動(dòng) 態(tài)變化的問(wèn)題，從而提供一種霍爾推力器低頻振蕩時(shí)間尺度內(nèi)羽流發(fā)散角測(cè)量方法。
[0005] 霍爾推力器低頻振蕩時(shí)間尺度內(nèi)羽流發(fā)散角測(cè)量方法，它由以下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0006] 在霍爾推力器的出口處設(shè)置N個(gè)測(cè)量點(diǎn)；N為大于2的整數(shù)；
[0007] 該N個(gè)測(cè)量點(diǎn)位于一點(diǎn)直線上，且該直線沿霍爾推力器徑向分布；
[0008] N個(gè)測(cè)量點(diǎn)等間隔設(shè)置；設(shè)r的初始值為1 ;
[0009] 步驟一、將探針安裝在第r個(gè)測(cè)量點(diǎn)處，采用所述探針探測(cè)第r個(gè)測(cè)量點(diǎn)處霍爾推 力器的低頻振蕩電流和離子電流；獲得第r個(gè)測(cè)量點(diǎn)處霍爾推力器的低頻振蕩電流隨時(shí)間 變化的曲線，以及離子電流隨時(shí)間變化的曲線；
[0010] 步驟二、將r的值加1，并判斷r的值是否大于N，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟 三；如果判斷結(jié)果為否，則返回執(zhí)行步驟一；完成步驟二后，獲得霍爾推力器徑向方向所有 測(cè)量點(diǎn)的低頻振蕩電流和離子電流，共獲得N條低頻振蕩電流隨時(shí)間變化的曲線，以及N條 離子電流隨時(shí)間變化的曲線；
[0011] 步驟三、設(shè)每個(gè)時(shí)間點(diǎn)處N條低頻振蕩電流的波形相同，在步驟二獲得的霍爾推 力器的低頻振蕩電流隨時(shí)間變化的曲線上選取第t時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的低頻振蕩電流值，并在N 條離子電流隨時(shí)間變化的曲線上讀取在該時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的離子電流值，將讀取的N個(gè)離子電 流值進(jìn)行擬合，獲得該時(shí)間點(diǎn)的離子電流沿徑向的分布曲線，進(jìn)而獲得該時(shí)間的羽流發(fā)散 角；t的初始值為1 ;
[0012] 步驟四、將t加Mil s作為下一時(shí)刻，M為正數(shù)，并判斷下一時(shí)刻的時(shí)間值是否大于 預(yù)設(shè)周期的時(shí)間值，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟五；如果判斷結(jié)果為否，則返回執(zhí)行步 驟三；
[0013] 步驟五、將獲得的所有時(shí)刻的羽流發(fā)散角進(jìn)行擬合，從而完成霍爾推力器低頻振 蕩時(shí)間尺度內(nèi)羽流發(fā)散角的測(cè)量。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明解決了現(xiàn)有的測(cè)量方法無(wú)法獲得 幾十y S量級(jí)羽流發(fā)散角隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)霍爾推力器低頻振蕩的調(diào)制 作用，實(shí)現(xiàn)了低頻振蕩時(shí)間尺度內(nèi)羽流發(fā)散角的測(cè)量，避免了短時(shí)間尺度內(nèi)羽流發(fā)散角測(cè) 量所需的高速移動(dòng)設(shè)備，為研究放電振蕩與羽流發(fā)散角的關(guān)系提供了有效的技術(shù)途徑。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是為每個(gè)測(cè)量位置點(diǎn)的低頻振蕩電流曲線和離子電流曲線仿真示意圖；
[0016] 圖2是沿徑向的離子分布曲線仿真示意圖；
[0017] 圖3是羽流發(fā)散角測(cè)量原理示意圖。

【具體實(shí)施方式】

【具體實(shí)施方式】 [0018] 一、霍爾推力器低頻振蕩時(shí)間尺度內(nèi)羽流發(fā)散角測(cè)量方法，它由以 下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0019] 在霍爾推力器的出口處設(shè)置N個(gè)測(cè)量點(diǎn)；N為大于2的整數(shù)；
[0020] 該N個(gè)測(cè)量點(diǎn)位于一點(diǎn)直線上，且該直線沿霍爾推力器徑向分布；
[0021] N個(gè)測(cè)量點(diǎn)等間隔設(shè)置；設(shè)r的初始值為1 ;
[0022] 步驟一、將探針安裝在第r個(gè)測(cè)量點(diǎn)處，采用所述探針探測(cè)第r個(gè)測(cè)量點(diǎn)處霍爾推 力器的低頻振蕩電流和離子電流；獲得第r個(gè)測(cè)量點(diǎn)處霍爾推力器的低頻振蕩電流隨時(shí)間 變化的曲線，以及離子電流隨時(shí)間變化的曲線；
[0023] 步驟二、將r的值加1，并判斷r的值是否大于N，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟 三；如果判斷結(jié)果為否，則返回執(zhí)行步驟一；完成步驟二后，獲得霍爾推力器徑向方向所有 測(cè)量點(diǎn)的低頻振蕩電流和離子電流，共獲得N條低頻振蕩電流隨時(shí)間變化的曲線，以及N條 離子電流隨時(shí)間變化的曲線；
[0024] 步驟三、設(shè)每個(gè)時(shí)間點(diǎn)處N條低頻振蕩電流的波形相同，在步驟二獲得的霍爾推 力器的低頻振蕩電流隨時(shí)間變化的曲線上選取第t時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的低頻振蕩電流值，并在N 條離子電流隨時(shí)間變化的曲線上讀取在該時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的離子電流值，將讀取的N個(gè)離子電 流值進(jìn)行擬合，獲得該時(shí)間點(diǎn)的離子電流沿徑向的分布曲線，進(jìn)而獲得該時(shí)間的羽流發(fā)散 角；t的初始值為1 ;
[0025] 步驟四、將t加My s作為下一時(shí)刻，M為正數(shù)，并判斷下一時(shí)刻的時(shí)間值是否大于 預(yù)設(shè)周期的時(shí)間值，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟五；如果判斷結(jié)果為否，則返回執(zhí)行步 驟三；
[0026] 步驟五、將獲得的所有時(shí)刻的羽流發(fā)散角進(jìn)行擬合，從而完成霍爾推力器低頻振 蕩時(shí)間尺度內(nèi)羽流發(fā)散角的測(cè)量。

【具體實(shí)施方式】 [0027] 二、本與一所述的霍爾推力器低頻振蕩 時(shí)間尺度內(nèi)羽流發(fā)散角測(cè)量方法的在于，相鄰兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的距離為〇. 2cm。

【具體實(shí)施方式】 [0028] 三、本與一所述的霍爾推力器低頻振蕩 時(shí)間尺度內(nèi)羽流發(fā)散角測(cè)量方法的在于，M = 0. 12。

【具體實(shí)施方式】 [0029] 四、本與一所述的霍爾推力器低頻振蕩 時(shí)間尺度內(nèi)羽流發(fā)散角測(cè)量方法的在于，探針端面距離霍爾推力器出口平面為3cm，探針軸 線距離霍爾推力器中軸線l〇cm。
[0030] 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可參考如下的公式：

【權(quán)利要求】
1. 霍爾推力器低頻振蕩時(shí)間尺度內(nèi)羽流發(fā)散角測(cè)量方法，其特征是：它由以下步驟實(shí) 現(xiàn)： 在霍爾推力器的出口處設(shè)置N個(gè)測(cè)量點(diǎn)；N為大于2的整數(shù)； 該N個(gè)測(cè)量點(diǎn)位于一點(diǎn)直線上，且該直線沿霍爾推力器徑向分布； N個(gè)測(cè)量點(diǎn)等間隔設(shè)置；設(shè)r的初始值為1 ; 步驟一、將探針安裝在第r個(gè)測(cè)量點(diǎn)處，采用所述探針探測(cè)第r個(gè)測(cè)量點(diǎn)處霍爾推力器 的低頻振蕩電流和離子電流；獲得第r個(gè)測(cè)量點(diǎn)處霍爾推力器的低頻振蕩電流隨時(shí)間變化 的曲線，以及離子電流隨時(shí)間變化的曲線； 步驟二、將r的值加1，并判斷r的值是否大于N，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟三；如 果判斷結(jié)果為否，則返回執(zhí)行步驟一；完成步驟二后，獲得霍爾推力器徑向方向所有測(cè)量點(diǎn) 的低頻振蕩電流和離子電流，共獲得N條低頻振蕩電流隨時(shí)間變化的曲線，以及N條離子電 流隨時(shí)間變化的曲線； 步驟三、設(shè)每個(gè)時(shí)間點(diǎn)處N條低頻振蕩電流的波形相同，在步驟二獲得的霍爾推力器 的低頻振蕩電流隨時(shí)間變化的曲線上選取第t時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的低頻振蕩電流值，并在N條離 子電流隨時(shí)間變化的曲線上讀取在該時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的離子電流值，將讀取的N個(gè)離子電流值 進(jìn)行擬合，獲得該時(shí)間點(diǎn)的離子電流沿徑向的分布曲線，進(jìn)而獲得該時(shí)間的羽流發(fā)散角；t 的初始值為1 ; 步驟四、將t加My s作為下一時(shí)刻，M為正數(shù)，并判斷下一時(shí)刻的時(shí)間值是否大于預(yù) 設(shè)周期的時(shí)間值，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟五；如果判斷結(jié)果為否，則返回執(zhí)行步驟 - ? --， 步驟五、將獲得的所有時(shí)刻的羽流發(fā)散角進(jìn)行擬合，從而完成霍爾推力器低頻振蕩時(shí) 間尺度內(nèi)羽流發(fā)散角的測(cè)量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的霍爾推力器低頻振蕩時(shí)間尺度內(nèi)羽流發(fā)散角測(cè)量方法，其特 征在于相鄰兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的距離為〇. 2cm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的霍爾推力器低頻振蕩時(shí)間尺度內(nèi)羽流發(fā)散角測(cè)量方法，其特 征在于M = 0. 12。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的霍爾推力器低頻振蕩時(shí)間尺度內(nèi)羽流發(fā)散角測(cè)量方法，其特 征在于探針端面距離霍爾推力器出口平面為3cm，探針軸線距離霍爾推力器中軸線10cm。
【文檔編號(hào)】G01M9/00GK104406761SQ201410578264
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月25日
【發(fā)明者】李婧, 魏立秋, 韓亮, 楊子怡, 于達(dá)仁 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)