一种图像法评估霍尔推力器羽流发散角的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及霍尔推力器技术领域。
【背景技术】
[0002] 霍尔推力器利用电能加速电离气体形成推力，由于其推力比冲适中、结构简单等 特点，在未来的航天应用方面具有较强的竞争力。高能离子在电场的作用下加速从推力器 出口喷出形成羽流，大量的理论和实验已表明当羽流发散半角超过40°时，羽流中所包含的 高能等离子体不仅会侵蚀卫星的太阳能帆板，改变其表面电势，给卫星的安全运行带来隐 患;还会干扰卫星与地面的正常通讯，破坏卫星上所携带的光学器件等，影响卫星的正常工 作。这些不利影响都成为制约霍尔推力器应用的重要因素，因此通过选择合理的测量区域 和适宜的测量方法来获知羽流发散状态和羽流发散角的大小，从而用于评估羽流与航天器 相互作用程度一直都是霍尔推力器研究的重要内容。
[0003] 目前羽流发散角的测量主要利用探针来完成。探针具有结构简单，操作灵活，成本 低廉等优势，常用于诊断羽流中的等离子体参数，但是由于探针工作时会影响其周围的等 离子体参数分布，而且易于受到高能离子流的轰击而造成损坏，因此，探针测量区域主要覆 盖羽流远场区。对于等离子体密度和能量较高的羽流近场区，探针诊断显然很难应用，而近 场区又是等离子体与航天器相互作用最为强烈的区域，获知该区域的羽流发散状态就显得 尤为重要。
【发明内容】
[0004] 本发明是为了解决现有采用探针测量羽流发散角对于等离子体密度和能量较高 的羽流近场区，探针诊断应用困难，且准确性差的问题，提出了一种图像法评估霍尔推力器 羽流发散角的方法。
[0005] 本发明所述的一种图像法评估霍尔推力器羽流发散角的方法，该方法的具体步骤 为：
[0006] 步骤一、采用图像采集装置采集霍尔推力器的羽流图像，获得羽流图片；
[0007] 具体方法为:将图像采集装置设置在霍尔推力器羽流发射口的侧面，图像采集装 置拍摄口的中心轴与霍尔推力器发射口的中心轴位于同一水平面；图像采集装置的拍摄口 的中心轴与霍尔推力器羽流发射口的中心轴垂直;图像采集装置的拍摄口与霍尔推力器羽 流发射口之间的距离为S;
[0008] 步骤二、利用公式：
[0009]
[0010] 获得羽流图片坐标为(ΧΟ,ΖΟ)的点的照度L >
[0011]其中，AiB是与f iO垂直的对应羽流照片中坐标为(χο,ζο)点的弦，f iO是圆心在(0， 〇，zo)点处的与推力器出口平面相平行的圆截面中与X轴平行的半径;A4是A1B与ASO的交 点，且是A1B的中点;Pi为上第i点的照度；
[0012]步骤三、利用公式：
[0016] 其中，Se)为圆心在(0,0，ZQ)点处的与推力器出口平面相平行的圆截 面上坐标为(XQ-l，〇，zQ)的点的照度，)为羽流图片中点(XQ-1， ZQ)的照度，获得 了圆心在(0,0，ZQ)点处的与推力器出口平面相平行的圆截面上的线段AS0所有像素点的照 度;改变zo大小，利用公式(2)和公式(3)获得推力器羽流发射空间任意一点的照度；
[0017] 步骤四、令步骤三的20 =如利用公式：
[0018]
[0019]获得，像素图片中点照度积分在95 %的点(xP，zP)的横坐标xP;
[0020] 步骤五、利用公式
[0021]
[0022]获得霍尔推力器羽流发散角α95%;其中，（以，0)是推力器外陶瓷出口内表面的坐 标，（xP，ζΡ)是像素图片中点照度积分在95 %的点的坐标。
[0023] 本发明所采用的技术方案是在测量羽流发散角时，利用图像法测量羽流发散角。 所需的设备为一台数码相机，用来拍摄霍尔推力器工作时的羽流状态照片，利用光学原理 根据所得照片的照度分布确定羽流发散角的大小。利用图像法测量羽流发散角，相比于探 针测量羽流发散角，有着评估快速的优点，其精度适中，适合用来研究推力器动态过程中的 羽流发散角问题。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明所述方法的流程图；
[0025] 图2为本发明利用图像法测量羽流发散角的原理图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0026] 一、结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的一种图像法 评估霍尔推力器羽流发散角的方法，该方法的具体步骤为：
[0027] 步骤一、采用图像采集装置采集霍尔推力器的羽流图像，获得羽流图片；
[0028] 具体方法为:将图像采集装置设置在霍尔推力器羽流发射口的侧面，图像采集装 置拍摄口的中心轴与霍尔推力器发射口的中心轴位于同一水平面；图像采集装置的拍摄口 的中心轴与霍尔推力器羽流发射口的中心轴垂直;图像采集装置的拍摄口与霍尔推力器羽 流发射口之间的距离为S;
[0029]步骤二、利用公式：
[0030]
[0031 ]获得羽流图片坐标为(xq，zq)的点的照度L ( ;
[0032]其中，ΑΛ是与Α\0垂直的对应羽流照片中坐标为(χο,ζο)点的弦，Α\0是圆心在(0， 0，ZQ)点处的与推力器出口平面相平行的圆截面中与X轴平行的半径;Α4是Α1Β与AS0的交 点，且是Α1Β的中点;Pi为&Β上第i点的照度；
[0033]步骤三、利用公式：
[0037]其中，PCw.h h 为圆心在(0,0，zo)点处的与推力器出口平面相平行的圆截 面上坐标为(XQ-l，〇，zQ)的点的照度，为羽流图片中点(XQ-1， ZQ)的照度，获得 了圆心在(0,0，ZQ)点处的与推力器出口平面相平行的圆截面上的线段AS0所有像素点的照 度;改变zo大小，利用公式(2)和公式(3)获得推力器羽流发射空间任意一点的照度；
[0038] 步骤四、令步骤三的2〇 =如利用公式：
[0039]
[0040] 获得，像素图片中点照度积分在95 %的点(xP，zP)的横坐标xP;
[0041] 步骤五、利用公式
[0042]
[0043]获得霍尔推力器羽流发散角α95%;其中，（&，0)是推力器外陶瓷出口内表面的坐 标，（xP，ζΡ)是像素图片中点照度积分在95 %的点的坐标。
[0044]【具体实施方式】二、本实施方式是对【具体实施方式】一所述的一种图像法评估霍尔推 力器羽流发散角的方法的进一步说明，步骤一中所