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

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

УДК 533.9

Технічна механіка, 2019, 4, 107 - 118

МОДЕЛЮВАННЯ ВІДНОВЛЕННЯ КІНЕТИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ІОНОСФЕРНОЇ ПЛАЗМИ ЗА ВОЛЬТАМПЕРНОЮ ХАРАКТЕРИСТИКОЮ ЦИЛІНДРИЧНОГО ЗОНДА

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2019.04.107

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 ідентифікації параметрів беззіштовхувальної плазми за вольтамперною характеристикою (ВАХ) циліндричного зонда, що обтікається поперечно, при довільному відношенні площі поверхні зонда до площі поверхні опорного електрода, які збирають струм. З використанням відомих теоретичних і експериментальних залежностей іонного та електронного струмів на циліндр побудовано математичну модель ВАХ (збирання струму) для зондової системи з циліндричними електродами. Модель включає розрахунок рівноважного потенціалу опорного електрода при зміні напруги зсуву зонда. На основі побудованої теоретичної моделі ВАХ циліндричного зонда в надзвуковому потоці низькотемпературної неізотермічної беззіштовхувальної плазми розроблено процедуру ідентифікації кінетичних параметрів плазми з використанням апріорної інформації про властивості плазми і умови експерименту. Процедура заснована на визначенні температури і концентрації заряджених частинок, швидкості потоку і маси іонів плазми, за яких теоретична ВАХ найкращим чином описує ВАХ, що отримано експериментально. Апріорна інформація про властивості плазми і умови експерименту задається у вигляді обмежень на параметри теоретичної ВАХ.
      Досліджено чутливість ВАХ циліндричного зонда при малих варіаціях параметрів незбуреної плазми в залежності від відношення поверхонь зонда і циліндричного опорного електрода, які збирають струм. Отримано кількісні характеристики впливу відношення площ на ВАХ циліндричного зонда. Виконано числове моделювання зондових вимірювань в умовах іоносфери. Показано працездатність процедури ідентифікації кінетичних параметрів плазми. Проведено числові дослідження впливу похибок зондових вимірювань на відновлення параметрів плазми. В рамках прийнятих припущень отримані оцінки достовірності відновлення параметрів незбуреної плазми в залежності від точності вимірювання ВАХ. Отримані результати можуть бути використані в діагностиці іоносферної плазми.
     

потік неізотермічної беззіштовхувальної плазми, циліндричний зонд Ленгмюра, опорний електрод, параметрична ідентифікація, апріорна інформація, вірогідність відновлення параметрів плазми

1. Бойд Р. Зонды Ленгмюра на космическом корабле. В кн. Методы исследования плазмы / Под ред. В. Лохте–Хольтгревена. М.: Мир 1971. С. 506–538.

2. Чан П., Толбот Л., Турян К. Электрические зонды в неподвижной и движущейся плазме. М.: Мир, 1978. 201 с.

3. Козлов О. В. Электрический зонд в плазме. М.: Атомиздат, 1969. 291 с.

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

5. 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

6. 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

7. Latramboise 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 c. https://doi.org/10.21236/AD0634596

8. 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

9. Choiniere E. Theory and experimental evaluation of a consistent steady-state kinetic model for two-dimensional conductive structures in ionospheric plasmas with application to bare electrodynamic tethers in space : Ph.D. dissertation. University of Michigan, 2004. 288 p.

10. Лазученков Д. Н., Лазученков Н. М. Математическое моделирование обтекания проводящего цилиндра сверхзвуковым потоком бесстолкновительной плазмы. Техническая механика. 2019. № 1. С. 63–74. https://doi.org/10.15407/itm2019.01.063

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

Copyright © 2014-2020 Технічна механіка