高超聲速流動中電子密度測量方法和套用研究

《高超聲速流動中電子密度測量方法和套用研究》是依託中國科學院力學研究所，由汪球擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高超聲速流動中電子密度測量方法和套用研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：汪球
• 依託單位：中國科學院力學研究所

項目摘要

高超聲速飛行器流場電子密度診斷是解決通訊中斷的關鍵問題，在能夠模擬再入飛行速度環境的高焓激波風洞中如何發展電子密度測量技術，提高測量精度，對通訊中斷問題的研究有著重要的影響。高焓激波風洞試驗時間短、流動速度快、激波強度大、氣流溫度高的測試環境對發展電子密度測量技術提出了諸多技術難題，尤其是複雜外形邊界層、尾跡區等局部電子密度診斷，國內外鮮有相關技術報導和文章發表。本項目針對高焓激波風洞，發展電子密度診斷的靜電探針測量技術，解決探針電路高掃描頻率所帶來的線路噪音干擾問題並最佳化電路，研究探針材料、探針尺寸對測量的影響規律，實現電子密度的局部診斷並提高精度，在力學所JF10高焓激波風洞中開展典型模型邊界層局部電子密度的測量。本項目研究工作的成果，豐富和發展高焓流動測量技術的同時也為通訊中斷問題的解決提供地面技術支撐。新型探針技術同時也可套用於其它電漿診斷環境，尤其是進行瞬態電子密度診斷。

結題摘要

在高超聲速飛行條件下，飛行器頭部弓形激波後高溫氣體發生振動激發、離解甚至電離，飛行器周圍覆蓋著發生複雜物理化學過程的高溫電漿鞘層，而飛行器的雷達特性及電波輸運特性強烈的依賴於流場中的電子密度分布，因此飛行器外流場電子密度分布的研究對其空間通訊十分重要，它也是高溫氣體效應實驗研究的重要課題之一。在數值方面由於包含電離反應高溫物理模型的經驗性及不確定性，通訊中斷問題的解決更多的依賴於實驗研究。高焓激波風洞以其較高的焓值，可產生模擬高超聲速飛行所需的速度及總溫條件，是當前開展通訊中斷問題研究的有效地面試驗設備。而高焓風洞試驗時間短、流動速度快、氣流溫度高的測試環境對發展電子密度測量技術提出了諸多技術難題，尤其是邊界層、尾跡區等局部電子密度診斷，國內外鮮有相關技術報導和文章發表。本文以JF10高焓激波風洞為基礎，發展了延遲雙點火試驗方法，獲得了總焓16MJ/kg、總溫7900K的高超聲速試驗氣流狀態，並對其有效試驗時間、流場品質進行了診斷，為項目試驗的開展提供了穩定的試驗條件。在此基礎上，採用能夠獲得足夠空間解析度且不影響流場結構的針狀探針，發展了新型參考探針電路解決了探針電路高掃描頻率所帶來的線路噪音干擾問題，研究了探針材料、探針尺寸對測量的影響規律，完成了10°尖劈模型流場進行了電子密度測量。試驗結果表明：研製的探針能夠獲得模型流場空間電子密度分布規律且具有較好的測量重複性；恆定偏壓方法能夠獲得耦合流場參數的無量綱電子密度，而發展的新型高頻掃描電路能有效降低掃描電路中的干擾噪音，提高測量的精度，獲得定量電子密度值。本項目研究工作的成果，豐富和發展高焓流動測量技術的同時也為通訊中斷問題的解決提供地面技術支撐。新型探針技術同時也可套用於其它電漿診斷環境，尤其是進行瞬態電子密度診斷。