Оборудование стендов, контрольная и исследовательская аппаратура стендов для проведения испытаний и отработки ЭРД, страница 11

В случае, когда в газовом (или плазменном) потоке отсутствуют какие-либо неоднородности, приходится создавать их искусственным путем. Для этой цели можно использовать импульсный разряд между электродами, помещенными в газовый поток. С помощью высокоскоростной аппаратуры снимают картину расширения импульсного канала. Нужно иметь в виду, что при импульсном разряде в начальный момент возникает ударная волна, которая может существенно изменить параметры среды в исследуемой области.

Наконец, если возникает задача определения средней скорости движения газового потока, то для этой цели можно использовать два последовательно расположенных на определенном расстоянии друг от друга регистратора (например, монохроматоры с фотоэлектронными умножителями). Создав неоднородность (с помощью импульсного разряда или внесением в поток какого-либо вещества, возбуждающего определенную спектральную линию), затем регистрируют моменты прохождения этой неоднородности. В основе рассмотренных методов лежит предположение о том, что скорость движения оптических неоднородностей совпадает со скоростью движения газового (или плазменного) потока, которое требует проведения специального, анализа.

4.10-11.9. Методы диагностирования ионного пучка.

Для исследования характеристик ионного пучка в стендовых и летно-космических испытаниях широко применяются различные зонды. Рассмотрим наиболее распространенные типы таких зондов. Калориметрический зонд представляет собою мишень, которой сообщается отрицательный заряд и на которую направляется ионный пучок. Калориметрируя тепло, выделяющееся на зонде, определяют мощность пучка ионов. Для этого через калориметр прокачивают какой-либо охладитель и измеряют его расход и нагрев. Средняя точность калориметрических измерений оценивается в ±5%.

Коллектор-зонд для измерения тяги и тока имеет маятниковую подвеску. Перемещение коллектора зависит от силы, действующей на него со стороны ионного пучка, которая равна

                     (4.10-11.16.)

где I_i - ток ионов; m_i - масса иона; q_i - заряд иона; U - ускоряющая разность потенциалов.

Точность измерения тяги ±3_*I0^-5 H. Для уменьшения влияния электростатических сил и вторичной электронной эмиссии коллектор имеет специальные сетки.

Калориметр с нагретой нитью предназначен для измерения локальной мощности в ионных пучках высоких энергий. Такой калориметрический зонд имеет тонкую (толщиной 10 мкм) проволоку, которая нагревается электрическим током и подвергается бомбардировке ионами. Выходное напряжение зависит от изменения температуры (сопротивления) проволоки из платиноиридиевого справа.

Секционированный коллектор для измерения распределения плотности ионного тока состоит из ряда концентрических колец, к которым приложен отрицательный потенциал.

Зонд-ловушка Фарадея (рисунок 4.10-11.15.) служит для сбора положительных ионов. Такой зонд имеет небольшие размеры, чтобы можно было измерять распределение плотности тока положительных ионов в пучке. Для защиты от эрозии применяется заслонка-затвор, которая открывает входное отверстие зонда только в момент измерения.

Двойной зонд является электростатическим зондом, который состоит из небольших плоских, сферических или цилиндрических электродов, находящихся под определенным потенциалом. Подавая на зонд изменяющееся по величине и знаку напряжение, регистрируют вольтамперную характеристику, из которой определяют: температуру электронов, плотность электронов и потенциал в исследуемой области.

Термоэмиссионный зонд предназначен для определения, локального пространственного потенциала. Он имеет тонкую нить накала, которая попеременно нагревается электрическим током.

Зонд-детектор нейтральных атомов представляет подогреваемую тонкую вольфрамовую нить диаметром около 25 мкм. Зонд регистрирует нейтральные атомы, первый потенциал ионизации которых меньше, чем работа выхода вольфрама (например, энергия ионизации цезия 3,87 эВ, а работа выхода вольфрама 4,52 эВ).