一種圖像法評估霍爾推力器羽流發(fā)散角的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及霍爾推力器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 霍爾推力器利用電能加速電離氣體形成推力，由于其推力比沖適中、結(jié)構(gòu)簡單等 特點(diǎn)，在未來的航天應(yīng)用方面具有較強(qiáng)的競爭力。高能離子在電場的作用下加速從推力器 出口噴出形成羽流，大量的理論和實(shí)驗(yàn)已表明當(dāng)羽流發(fā)散半角超過40°時(shí)，羽流中所包含的 高能等離子體不僅會侵蝕衛(wèi)星的太陽能帆板，改變其表面電勢，給衛(wèi)星的安全運(yùn)行帶來隱 患;還會干擾衛(wèi)星與地面的正常通訊，破壞衛(wèi)星上所攜帶的光學(xué)器件等，影響衛(wèi)星的正常工 作。這些不利影響都成為制約霍爾推力器應(yīng)用的重要因素，因此通過選擇合理的測量區(qū)域 和適宜的測量方法來獲知羽流發(fā)散狀態(tài)和羽流發(fā)散角的大小，從而用于評估羽流與航天器 相互作用程度一直都是霍爾推力器研究的重要內(nèi)容。
[0003] 目前羽流發(fā)散角的測量主要利用探針來完成。探針具有結(jié)構(gòu)簡單，操作靈活，成本 低廉等優(yōu)勢，常用于診斷羽流中的等離子體參數(shù)，但是由于探針工作時(shí)會影響其周圍的等 離子體參數(shù)分布，而且易于受到高能離子流的轟擊而造成損壞，因此，探針測量區(qū)域主要覆 蓋羽流遠(yuǎn)場區(qū)。對于等離子體密度和能量較高的羽流近場區(qū)，探針診斷顯然很難應(yīng)用，而近 場區(qū)又是等離子體與航天器相互作用最為強(qiáng)烈的區(qū)域，獲知該區(qū)域的羽流發(fā)散狀態(tài)就顯得 尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有采用探針測量羽流發(fā)散角對于等離子體密度和能量較高 的羽流近場區(qū)，探針診斷應(yīng)用困難，且準(zhǔn)確性差的問題，提出了一種圖像法評估霍爾推力器 羽流發(fā)散角的方法。
[0005] 本發(fā)明所述的一種圖像法評估霍爾推力器羽流發(fā)散角的方法，該方法的具體步驟 為：
[0006] 步驟一、采用圖像采集裝置采集霍爾推力器的羽流圖像，獲得羽流圖片；
[0007] 具體方法為:將圖像采集裝置設(shè)置在霍爾推力器羽流發(fā)射口的側(cè)面，圖像采集裝 置拍攝口的中心軸與霍爾推力器發(fā)射口的中心軸位于同一水平面；圖像采集裝置的拍攝口 的中心軸與霍爾推力器羽流發(fā)射口的中心軸垂直;圖像采集裝置的拍攝口與霍爾推力器羽 流發(fā)射口之間的距離為S;
[0008] 步驟二、利用公式：
[0009]
[0010] 獲得羽流圖片坐標(biāo)為(ΧΟ,ΖΟ)的點(diǎn)的照度L >
[0011]其中，AiB是與f iO垂直的對應(yīng)羽流照片中坐標(biāo)為(χο,ζο)點(diǎn)的弦，f iO是圓心在(0， 〇，zo)點(diǎn)處的與推力器出口平面相平行的圓截面中與X軸平行的半徑;A4是A1B與ASO的交 點(diǎn)，且是A1B的中點(diǎn);Pi為上第i點(diǎn)的照度；
[0012]步驟三、利用公式：
[0016] 其中，Se)為圓心在(0,0，ZQ)點(diǎn)處的與推力器出口平面相平行的圓截 面上坐標(biāo)為(XQ-l，〇，zQ)的點(diǎn)的照度，)為羽流圖片中點(diǎn)(XQ-1， ZQ)的照度，獲得 了圓心在(0,0，ZQ)點(diǎn)處的與推力器出口平面相平行的圓截面上的線段AS0所有像素點(diǎn)的照 度;改變zo大小，利用公式(2)和公式(3)獲得推力器羽流發(fā)射空間任意一點(diǎn)的照度；
[0017] 步驟四、令步驟三的20 =如利用公式：
[0018]
[0019]獲得，像素圖片中點(diǎn)照度積分在95 %的點(diǎn)(xP，zP)的橫坐標(biāo)xP;
[0020] 步驟五、利用公式
[0021]
[0022]獲得霍爾推力器羽流發(fā)散角α95%;其中，（以，0)是推力器外陶瓷出口內(nèi)表面的坐 標(biāo)，（xP，ζΡ)是像素圖片中點(diǎn)照度積分在95 %的點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0023] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是在測量羽流發(fā)散角時(shí)，利用圖像法測量羽流發(fā)散角。 所需的設(shè)備為一臺數(shù)碼相機(jī)，用來拍攝霍爾推力器工作時(shí)的羽流狀態(tài)照片，利用光學(xué)原理 根據(jù)所得照片的照度分布確定羽流發(fā)散角的大小。利用圖像法測量羽流發(fā)散角，相比于探 針測量羽流發(fā)散角，有著評估快速的優(yōu)點(diǎn)，其精度適中，適合用來研究推力器動態(tài)過程中的 羽流發(fā)散角問題。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明所述方法的流程圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明利用圖像法測量羽流發(fā)散角的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0026] 一、結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種圖像法 評估霍爾推力器羽流發(fā)散角的方法，該方法的具體步驟為：
[0027] 步驟一、采用圖像采集裝置采集霍爾推力器的羽流圖像，獲得羽流圖片；
[0028] 具體方法為:將圖像采集裝置設(shè)置在霍爾推力器羽流發(fā)射口的側(cè)面，圖像采集裝 置拍攝口的中心軸與霍爾推力器發(fā)射口的中心軸位于同一水平面；圖像采集裝置的拍攝口 的中心軸與霍爾推力器羽流發(fā)射口的中心軸垂直;圖像采集裝置的拍攝口與霍爾推力器羽 流發(fā)射口之間的距離為S;
[0029]步驟二、利用公式：
[0030]
[0031 ]獲得羽流圖片坐標(biāo)為(xq，zq)的點(diǎn)的照度L ( ;
[0032]其中，ΑΛ是與Α\0垂直的對應(yīng)羽流照片中坐標(biāo)為(χο,ζο)點(diǎn)的弦，Α\0是圓心在(0， 0，ZQ)點(diǎn)處的與推力器出口平面相平行的圓截面中與X軸平行的半徑;Α4是Α1Β與AS0的交 點(diǎn)，且是Α1Β的中點(diǎn);Pi為&Β上第i點(diǎn)的照度；
[0033]步驟三、利用公式：
[0037]其中，PCw.h h 為圓心在(0,0，zo)點(diǎn)處的與推力器出口平面相平行的圓截 面上坐標(biāo)為(XQ-l，〇，zQ)的點(diǎn)的照度，為羽流圖片中點(diǎn)(XQ-1， ZQ)的照度，獲得 了圓心在(0,0，ZQ)點(diǎn)處的與推力器出口平面相平行的圓截面上的線段AS0所有像素點(diǎn)的照 度;改變zo大小，利用公式(2)和公式(3)獲得推力器羽流發(fā)射空間任意一點(diǎn)的照度；
[0038] 步驟四、令步驟三的2〇 =如利用公式：
[0039]
[0040] 獲得，像素圖片中點(diǎn)照度積分在95 %的點(diǎn)(xP，zP)的橫坐標(biāo)xP;
[0041] 步驟五、利用公式
[0042]
[0043]獲得霍爾推力器羽流發(fā)散角α95%;其中，（&，0)是推力器外陶瓷出口內(nèi)表面的坐 標(biāo)，（xP，ζΡ)是像素圖片中點(diǎn)照度積分在95 %的點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0044]【具體實(shí)施方式】二、本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一所述的一種圖像法評估霍爾推 力器羽流發(fā)散角的方法的進(jìn)一步說明，步驟一中所