超高速碰撞產(chǎn)生等離子體的電磁特性研究.pdf

1、人類對(duì)太空的不斷探索以及自然空間環(huán)境的日漸惡化，使許多航天器異常結(jié)束了壽命，諸多跡象表明可能是由于微流星或空間垃圾與航天器碰撞產(chǎn)生的等離子體所致。為了更好地指導(dǎo)航天器的防護(hù)設(shè)計(jì)和材料選擇，開展超高速碰撞產(chǎn)生等離子體的電磁特性研究具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和工程應(yīng)用價(jià)值。本文利用二級(jí)輕氣炮加載系統(tǒng)和相關(guān)附屬系統(tǒng)、朗繆爾三探針測(cè)量系統(tǒng)和電磁感應(yīng)線圈測(cè)量系統(tǒng)，開展了超高速碰撞2A12鋁板和航天器真實(shí)使用的太陽能電池陣的實(shí)驗(yàn)研究。系統(tǒng)研究了不同碰撞參數(shù)

2、、朗繆爾三探針和磁感應(yīng)線圈在不同空間位置坐標(biāo)處產(chǎn)生等離子體的特征參量和磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化規(guī)律；建立了不同碰撞參數(shù)、不同傳感器布局條件下等離子體特征參量和磁感應(yīng)強(qiáng)度的空間分布幾何模型，為全面系統(tǒng)地揭示超高速碰撞不同類型靶板產(chǎn)生等離子體的電磁特性提供了新的分析方法。取得的主要研究成果如下：
　　1）就2A12鋁彈丸超高速碰撞2A12鋁板而言，當(dāng)碰撞角度為30°時(shí)，不同碰撞速度產(chǎn)生等離子體誘生磁場(chǎng)的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度隨碰撞速度的增加而增大；碰

3、撞速度約為3.0km/s，不同碰撞角度（彈道與靶板平面的夾角）產(chǎn)生等離子體的最大電子溫度、最大電子密度以及誘生磁場(chǎng)的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度隨碰撞角度的增大而減小。當(dāng)碰撞角度為45°、碰撞速度約為3.0km/s且朗繆爾三探針空間坐標(biāo)為(X，60，50)和線圈空間坐標(biāo)為(X，50，60)時(shí)，最大電子溫度、最大電子密度以及最大磁感應(yīng)強(qiáng)度隨 X坐標(biāo)的增大而減?。辉谙嗤鲎矃?shù)條件下，當(dāng)朗繆爾三探針空間坐標(biāo)為(30，Y，50)時(shí)，最大電子溫度和最大電子密

4、度隨Y坐標(biāo)的增大而減小；當(dāng)朗繆爾三探針空間坐標(biāo)為(30，45，Z)時(shí)，最大電子溫度和最大電子密度隨Z坐標(biāo)的增大而減小。當(dāng)碰撞角度為30°、碰撞速度約為3.0km/s且朗繆爾三探針空間坐標(biāo)為(20，55，Z)時(shí)，最大電子溫度、最大電子密度隨Z坐標(biāo)的增大而減小，當(dāng)線圈空間坐標(biāo)為(65，Y，35)時(shí)，最大磁感應(yīng)強(qiáng)度亦隨Y坐標(biāo)的增大而減??；當(dāng)碰撞角度為60°、碰撞速度約為3.0km/s且線圈空間坐標(biāo)為(56，36，Z)時(shí)，最大磁感應(yīng)強(qiáng)度隨Z坐標(biāo)

5、的增大而減小。碰撞速度約為3.0km/s，碰撞角度分別為30°、45°、60°時(shí)，撞擊點(diǎn)附近產(chǎn)生的等離子體均以近似橢球的形狀由內(nèi)向外膨脹，且最大電子溫度和電子密度及最大磁感應(yīng)強(qiáng)度由內(nèi)層到外層逐層減小。當(dāng)碰撞速度約為3.0km/s、碰撞角度分別為30°、45°、60°時(shí)，等離子體云的平均膨脹速度隨探測(cè)點(diǎn)到著靶點(diǎn)距離的增大而減小，且等離子體云的平均膨脹速度介于4.0~6.0km/s間；建立了最大電子溫度、最大電子密度以及最大磁感應(yīng)強(qiáng)度的空間

6、幾何模型并且通過擬合得到了最大電子溫度、最大電子密度以及最大磁感應(yīng)強(qiáng)度與探測(cè)點(diǎn)到著靶點(diǎn)間距離的擬合關(guān)系式。
　　2）就超高速碰撞太陽能電池陣而言，當(dāng)碰撞角度為30°、朗繆爾三探針空間坐標(biāo)約為(6，0，30）時(shí)，碰撞速度越高產(chǎn)生等離子體的最大電子溫度、最大電子密度也越大；當(dāng)碰撞速度約為3.25km/s、朗繆爾三探針空間坐標(biāo)為(6，0，30）時(shí)，碰撞角度越大，碰撞產(chǎn)生等離子體的最大電子溫度和最大電子密度均越小。當(dāng)碰撞速度約為3.4km

7、/s，碰撞角度為30°時(shí)，撞擊點(diǎn)附近產(chǎn)生的等離子體以近似橢球的形狀自內(nèi)而外膨脹，且最大電子溫度和最大電子密度自內(nèi)而外逐層減小；當(dāng)碰撞速度約為3.0km/s，碰撞角度為90°時(shí)，撞擊點(diǎn)附近產(chǎn)生的等離子體以近似球狀由內(nèi)而外膨脹，且最大磁感應(yīng)強(qiáng)度自內(nèi)而外逐層減小。當(dāng)碰撞速度約為3.4km/s、碰撞角度為30°時(shí)，等離子體云的平均膨脹速度隨探測(cè)點(diǎn)到著靶點(diǎn)距離的增大而減小，且等離子體云的平均膨脹速度介于2.2~5.24km/s間；建立了最大電子溫

8、度、最大電子密度以及最大磁感應(yīng)強(qiáng)度的空間幾何模型并且通過擬合得到了最大電子溫度、最大電子密度以及最大磁感應(yīng)強(qiáng)度與探測(cè)點(diǎn)到著靶點(diǎn)間距離的擬合關(guān)系式。
　　3）就聚碳酸酯彈丸超高速碰撞2A12鋁板而言，當(dāng)碰撞角度為30°、朗繆爾三探針空間坐標(biāo)為(20，20，50)時(shí)，碰撞速度越大碰撞產(chǎn)生等離子體的最大電子溫度與最大電子密度也越大；當(dāng)碰撞速度為3.9km/s、朗繆爾三探針空間坐標(biāo)為(20，20，50)時(shí)，超高速碰撞產(chǎn)生等離子體的最大電子