[发明专利]一种用于高速流场下双平装探针数据处理及修正方法

说明书

本发明提出一种用于高速流场下双平装探针数据处理及修正方法，包括如下步骤：步骤1、建立双平装探针不同电极半径参数的模型，对双平装探针鞘层扩张效应进行修正；步骤2、建立碰撞条件下玻姆速度修正关系，对碰撞条件下玻姆速度进行修正。本发明双平装探针数据处理及修正方法解决了超声速飞行器高温烧蚀区域的在线测量的难题，为国家临近空间高速飞行器探测等离子体参数提供了技术支撑。

技术领域

本发明所属领域为航空航天探测理论技术领域，尤其涉及一种用于高速流场下双平装探针数据处理及修正方法。

背景技术

再入飞行器高速进入大气层后，由于激波加热空气和化学防护材料的烧蚀等原因会在飞行器表面形成一个致密的等离子体鞘套，从而使得通讯信号的中断，即为黑障现象。为了解决这一问题，本发明设计一种能够将测量电极表面与飞行器测量区域表面一致的双平装探针结构。双平装探针的特殊构型成功解决了静电探针在一些特殊区域内不能正常工作的难题。然而，由于探针的特殊构型，在低气压、无碰撞等离子体环境诊断时极易出现鞘层扩张效应，导致双平装探针有效收集面积随着探针负偏压的增大而逐渐增大，远大于物理收集面积。因此，此时的探针离子收集流相对于无鞘层扩张时会更大，从而使得电子密度的诊断结果远大于实际密度，而在中高气压等离子体环境中，双平装探针诊断时鞘层中电子与中性粒子的碰撞效应不可忽略，电子会因为碰撞从而损失能量，导致到达探针电极的电子数目变小，从而低估了等离子体的电子密度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明针对双平装探针鞘层扩张效应等以及针对黑障鞘套区域诊断装置双平装探针探测结果，提出相应的数据处理方法及理论修正方法；基于鞘套诊断中的鞘层扩张效应和碰撞效应，建立理论修正模型；依据探针鞘层碰撞可能会对离子收集流的影响，建立碰撞条件下玻姆速度修正关系。

本发明的技术方案为：一种用于高速流场下双平装探针数据处理及修正方法，包括如下步骤：

步骤1、建立双平装探针不同电极半径参数的理论修正模型，针对双平装探针的鞘层扩张效应进行修正；

步骤2、建立碰撞条件下玻姆速度修正关系，对碰撞条件下离子的玻姆速度进行理论修正。

进一步的，所述步骤1建立双平装探针不同半径参数的理论修正模型，针对双平装探针鞘层扩张效应进行修正，具体包括如下步骤：

步骤(1.1)、对于不同半径参数下的双平装探针，假定等离子体遵从麦克斯韦分布，从连续流方程，运动方程和泊松方程出发：

公式中n_i为离子密度，n_e为电子密度，υ_i为离子速度和e为电荷量，M_i离子质量，φ为等离子体电势，以及ε₀为真空介电常数；引入如下的无量纲参数：

公式中n₀为中型粒子数密度，λ₀未扰动的德拜长度，r为位置参数，C_S为玻姆速度和T_e为有效电子温度；代入式2.1、2.2、2.3中得出：

步骤(1.2)在远离探针的等离子体区域，设置等离子体的边界条件为n＝1,u＝0和η＝0，因此，无量纲的探针半径参数和电势φ_p被定义为：