一种基于复合马赫探针的电推进羽流参数诊断方法和装置

本发明属于等离子体诊断与电推进羽流测试，具体涉及一种基于复合马赫探针的电推进羽流参数诊断方法、装置、电推进羽流参数诊断系统、存储介质和计算机程序产品。

背景技术：

1、电推进装置工作时会喷出超音速、高速定向的等离子体羽流，电子温度、离子密度、马赫数及等离子体流速是表征羽流特性的关键参数，其准确测量是电推进性能评估与优化的重要基础。

2、目前，上述等离子体参数测量主要采用朗缪尔探针与马赫探针等诊断方式。其中，朗缪尔探针能够测量电子温度与离子密度，但无法获得等离子体流速；马赫探针主要用于测量等离子体流速或马赫数。然而，传统马赫探针多为背靠背对称结构，其理论模型适用于亚音速或近声速等离子体，在超音速定向流场中适用性差、流速反演精度低，难以满足电推进羽流的精确诊断需求。

3、为了获得羽流的多种等离子体参数，现有技术通常采用朗缪尔探针与马赫探针分别测量的方式。由于两类探针属于独立诊断装置，往往需要分别布置或分次测量，容易受到探针定位误差、羽流波动以及测量时序差异等因素影响，导致电子温度、离子密度、马赫数及流速等参数对应的测量时间和测量位置不一致，从而影响诊断结果的准确性和可比性。

4、此外，即使将朗缪尔探针与马赫探针进行简单集成或组合测量，电子温度、离子密度与马赫数、流速仍然分别来源于不同的测量模型和独立的参数求解过程，各参数之间缺乏统一的关联反演机制，难以建立电子温度、离子密度、马赫数及流速之间的内在联系，无法实现参数的联合求解与交叉验证，导致诊断结果的物理自洽性不足。

5、因此，亟需一种适用于超音速电推进羽流环境、能够在同一测量体系下实现电子温度、离子密度、马赫数及等离子体流速联合反演和自洽诊断的多参数测量方法，以提高电推进羽流诊断结果的准确性、可靠性和工程适用性。

6、上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种基于复合马赫探针的电推进羽流参数诊断方法、装置、电推进羽流参数诊断系统、存储介质和计算机程序产品，以解决相关方案中传统背靠背马赫探针在超音速电推进羽流环境下适用性不足，以及朗缪尔探针与马赫探针分离测量或简单组合测量过程中存在的参数独立求解、缺乏统一关联反演机制、诊断结果时空一致性和物理自洽性不足的问题，达到实现电推进羽流多参数的联合求解与自洽诊断，提高羽流诊断结果的准确性、一致性、可靠性及工程应用价值的效果。

2、本发明提供一种基于复合马赫探针的电推进羽流参数诊断方法，所述复合马赫探针包括第一收集面和第二收集面；所述诊断方法，包括：将复合马赫探针置于等离子体流场中，使所述第一收集面法向与等离子体流场方向垂直、所述第二收集面法向与等离子体流场方向平行；对所述第一收集面施加偏压扫描，获取电流-电压特性曲线；基于所述电流-电压特性曲线，得到电子温度、离子密度以及垂直于流场方向的离子饱和电流；对所述第二收集面施加预设偏压，得到平行于流场方向的离子饱和电流；基于所述垂直于流场方向的离子饱和电流与所述平行于流场方向的离子饱和电流，确定流场马赫数与等离子体流速。

3、在一些实施方式中，基于所述电流-电压特性曲线，得到电子温度、离子密度以及垂直于流场方向的离子饱和电流，包括：基于所述电流-电压特性曲线的电子电流指数区斜率确定电子温度；基于所述电流-电压特性曲线的离子饱和区电流得到垂直于流场方向的离子饱和电流，并反演得到离子密度。

4、在一些实施方式中，基于所述垂直于流场方向的离子饱和电流与所述平行于流场方向的离子饱和电流，确定流场马赫数与等离子体流速，包括：构建平行于流场方向与垂直于流场方向的离子饱和电流的比值，结合修正因子确定流场马赫数；基于流场马赫数与离子声速，计算得到等离子体流速。

5、在一些实施方式中，所述修正因子与电子温度、离子温度及等离子体热力学参数相关。

6、在一些实施方式中，所述等离子体流场为电子温度高于离子温度、非磁化的超音速电推进羽流等离子体流场。

7、与上述方法相匹配，本发明另一方面提供一种基于复合马赫探针的电推进羽流参数诊断装置，所述复合马赫探针包括第一收集面和第二收集面；所述诊断装置，包括：定位单元，被配置为将复合马赫探针置于等离子体流场中，使所述第一收集面法向与等离子体流场方向垂直、所述第二收集面法向与等离子体流场方向平行；检测解算单元，被配置为对所述第一收集面施加偏压扫描，获取电流-电压特性曲线；基于所述电流-电压特性曲线，得到电子温度、离子密度以及垂直于流场方向的离子饱和电流；电流采集单元，被配置为对所述第二收集面施加预设偏压，得到平行于流场方向的离子饱和电流；参数运算单元，被配置为基于所述垂直于流场方向的离子饱和电流与所述平行于流场方向的离子饱和电流，确定流场马赫数与等离子体流速。

8、在一些实施方式中，检测解算单元，基于所述电流-电压特性曲线，得到电子温度、离子密度以及垂直于流场方向的离子饱和电流，包括：基于所述电流-电压特性曲线的电子电流指数区斜率确定电子温度；基于所述电流-电压特性曲线的离子饱和区电流得到垂直于流场方向的离子饱和电流，并反演得到离子密度。

9、在一些实施方式中，参数运算单元，基于所述垂直于流场方向的离子饱和电流与所述平行于流场方向的离子饱和电流，确定流场马赫数与等离子体流速，包括：构建平行于流场方向与垂直于流场方向的离子饱和电流的比值，结合修正因子确定流场马赫数；基于流场马赫数与离子声速，计算得到等离子体流速。

10、在一些实施方式中，所述修正因子与电子温度、离子温度及等离子体热力学参数相关。

11、在一些实施方式中，所述等离子体流场为电子温度高于离子温度、非磁化的超音速电推进羽流等离子体流场。

12、与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种电推进羽流参数诊断系统，包括：以上所述的基于复合马赫探针的电推进羽流参数诊断装置。

13、与上述方法相匹配，本发明再一方面提供一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行以上所述的基于复合马赫探针的电推进羽流参数诊断方法。

14、与上述方法相匹配，本发明再一方面提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，该计算机程序产品被处理执行时实现上述基于复合马赫探针的电推进羽流参数诊断方法的步骤。

15、本发明的方案，针对离子温度远小于电子温度、非磁化或弱磁化的超音速定向电推进羽流环境建立适用的马赫数与流速反演模型，有效克服传统背靠背马赫探针模型在超音速定向流场中适用性不足的问题，从而提高电推进羽流诊断的精度、可靠性和工程适用性。

16、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

17、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

1.一种基于复合马赫探针的电推进羽流参数诊断方法，其特征在于，所述复合马赫探针包括第一收集面和第二收集面；所述诊断方法，包括：

2.根据权利要求1所述的基于复合马赫探针的电推进羽流参数诊断方法，其特征在于，基于所述电流-电压特性曲线，得到电子温度、离子密度以及垂直于流场方向的离子饱和电流，包括：

3.根据权利要求1所述的基于复合马赫探针的电推进羽流参数诊断方法，其特征在于，基于所述垂直于流场方向的离子饱和电流与所述平行于流场方向的离子饱和电流，确定流场马赫数与等离子体流速，包括：

4.根据权利要求3所述的基于复合马赫探针的电推进羽流多参数自洽诊断方法，其特征在于，所述修正因子与电子温度、离子温度及等离子体热力学参数相关。

5.根据权利要求1所述的基于复合马赫探针的电推进羽流多参数自洽诊断方法，其特征在于，所述等离子体流场为电子温度高于离子温度、非磁化的超音速电推进羽流等离子体流场。

6.一种基于复合马赫探针的电推进羽流参数诊断装置，其特征在于，所述复合马赫探针包括第一收集面和第二收集面；所述诊断装置，包括：

7.一种电推进羽流参数诊断系统，其特征在于，包括：如权利要求6所述的基于复合马赫探针的电推进羽流参数诊断装置。

8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1至5中任一项所述的基于复合马赫探针的电推进羽流参数诊断方法。

9.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的基于复合马赫探针的电推进羽流参数诊断方法的步骤。