ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА
ISSN 1561-9184 (друкована версія), ISSN 2616-6380 (електронна версія)

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

UDC 533.9

Технічна механіка, 2020, 4, 97 - 108

МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ЗОНДОВИХ ВИМІРЮВАНЬ В НАДЗВУКОВОМУ ПОТОЦІ ЧОТИРЬОХКОМПОНЕНТНОЇ БЕЗЗІШТОВХУВАЛЬНОЇ ПЛАЗМИ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2020.04.097

Лазученков Д. М., Лазученков М. М.

Лазученков Д. М.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

Лазученков М. М.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

      Метою роботи є розробка процедури відновлення концентрації і температури електронів, іонного складу плазми за вольтамперною характеристикою (ВАХ) ізольованої зондової системи з циліндричними електродами. Плазма чотирьохкомпонентна, складається з електронів, іонів двох сортів з істотно різними масами і нейтралів. Вимірювальний зонд і опорний електрод зондової системи можуть бути складені з декількох циліндрів. Електроди зондової системи поперечно обтікаються надзвуковим потоком низькотемпературної беззіштовхувальної плазми з відомою масовою швидкістю.
      З використанням відомих теоретичних і експериментальних залежностей іонного й електронного струмів на циліндр побудована математична модель збирання струму для ізольованої зондової системи при довільному відношенні площ електродів. Модель включає розрахунок рівноважного потенціалу опорного електрода при зміні напруги зсуву зонда. Розроблено процедуру ідентифікації локальних параметрів плазми з залученням апріорної інформації про властивості плазми й умови експерименту. Досліджено вплив концентрації і температури електронів, іонного складу плазми на зондовий струм ізольованої зондової системи при різному відношенні площ електродів, що збирають струм. Визначено області потенціалів зсуву зонда і значення відносини площ електродів, що відповідають найбільшому і найменшому впливу параметрів, що відновлюються, на зондовий струм. Отримані кількісні обмеження на потенціали зсуву і відношення площ використані в схемі зондових вимірювань і при побудові цільової функції порівняння теоретичної апроксимації зондового струму з результатами вимірювання ВАХ.
      Виконано числове моделювання зондових вимірювань в умовах іоносфери. Підтверджено працездатність процедури ідентифікації локальних параметрів чотирьохкомпонентної плазми за електронною гілкою ВАХ ізольованої зондової системи. Отримані результати можуть бути використані в діагностиці іоносферної плазми на понадмалих супутниках.
     

іони плазми двох сортів, ізольована зондова система з циліндричними електродами, математична модель збирання струму, параметрична ідентифікація, апріорна інформація

1. Boyd R. L. F. Langmuir probes on spacecraft, in Plasma Diagnostics, Ed. By Lochte-Holtgreven. North-Holland Publ. Co., Amsterdam, 1968. P. 732–776.

2. Chung, P. M., Talbot L., Touryan K. J. Electric Probes in Stationary and Flowing Plasmas. Springer-Verlag, 1975. 150 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-65886-0

3. Online resource – https://ccmc.gsfc.nasa.gov/modelweb/models/iri2012_vitmo.php.

4. Лазученков Д. Н., Лазученков Н. М. Интерпретация зондовых измерений в потоке бесстолкновительной плазмы. Технічна механіка. 2018. № 1. С. 107–120. https://doi.org/10.15407/itm2018.01.107

5. Лазученков Д. Н., Лазученков Н. М. Моделирование восстановления кинетических параметров ионосферной плазмы по вольтамперной характеристике цилиндрического зонда. Технічна механіка. 2019. № 4. С. 107–118. https://doi.org/10.15407/itm2019.04.107

6. Lazuchenkov D. N., Lazuchenkov N. M. Determination of parameters of a dissociated supersonic rarefied plasma flow by current-voltage characteristics of isolated system of cylindrical probes. Технічна механіка. 2020. № 2. С. 80–88. https://doi.org/10.15407/itm2020.02.080

7. Mott-Smith H., Langmuir I. The theory of collectors in gaseous discharges. Phys. Rev. 1926. V. 28. № 5. P. 727–763. https://doi.org/10.1103/PhysRev.28.727

8. Hoegy W. R., Wharton L. E. Current to a moving cylindrical electrostatic probe. Journal of Applied Physics. 1973. V. 44, No. 12. P. 5365–5371. https://doi.org/10.1063/1.1662157

9. Laframboise J. G. Theory of Spherical and Cylindrical Langmuir Probes in a Collisionless Maxwellian Plasma at Rest. Report No. 100. Univ. of Toronto, Institute of Aerospace Studies. 1966. 210 p. https://doi.org/10.21236/AD0634596

10. Godard R., Laframboise J. Total current to cylindrical collectors in collision less plasma flow. Space Science. 1983. V. 31, № 3. Р. 275–283. https://doi.org/10.1016/0032-0633(83)90077-6

Copyright (©) 2020 Лазученков Д. М., Лазученков М. М.

Copyright © 2014-2020 Технічна механіка