[發(fā)明專利]一種電推進(jìn)器產(chǎn)生的等離子體分布特性數(shù)值模擬預(yù)估方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310146284.0
• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN103226638A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳益峰;李得天;秦曉剛;楊生勝;史亮;柳青;湯道坦;王俊
• 申請（專利權(quán)）人: 蘭州空間技術(shù)物理研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;李愛英

1.一種電推進(jìn)器產(chǎn)生的等離子體分布特性數(shù)值模擬預(yù)估方法，其特征在于：所述方法包括下列步驟：

步驟一、確定衛(wèi)星所處的空間等離子體環(huán)境參數(shù)；

步驟二、確定電推進(jìn)產(chǎn)生的等離子體參數(shù)；

步驟三、建立電推進(jìn)產(chǎn)生的等離子體與空間等離子體作用模擬模型；

步驟四、對模型進(jìn)行數(shù)值模擬計算；

步驟五、由MATLAB軟件建立電推進(jìn)器產(chǎn)生的等離子體分布特性圖形。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電推進(jìn)器產(chǎn)生的等離子體分布特性數(shù)值模擬預(yù)估方法，其特征在于：步驟一中所述的空間等離子環(huán)境參數(shù)和步驟二中所述的電推進(jìn)產(chǎn)生的等離子體參數(shù)，包括電子數(shù)密度、電子溫度、離子數(shù)密度和離子溫度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電推進(jìn)器產(chǎn)生的等離子體分布特性數(shù)值模擬預(yù)估方法，其特征在于：步驟三包括以下步驟：

a.根據(jù)空間等離子體和電推進(jìn)器產(chǎn)生的等離子體參數(shù)，分別確定空間等離子體和電推進(jìn)器產(chǎn)生的等離子體中粒子的初始位置和速度分布；

b.設(shè)置計算時間與計算時間步長，選取計算區(qū)域和邊界條件，并將該區(qū)域分解成多網(wǎng)格單元；

其中對于電推進(jìn)器產(chǎn)生的等離子體，計算時間步長Δt1與計算區(qū)域長度L1存在下述關(guān)系：

Δt1≈L1Vk1---(1)]]>

式（1）中V_k1為電推進(jìn)器產(chǎn)生的等離子體中粒子的速度：

Vk1=2kT1m1---(2)]]>

式（2）中k為波爾茲曼常數(shù)，T1為電推進(jìn)器產(chǎn)生的等離子體溫度，m1為電推進(jìn)器產(chǎn)生的等離子體中的粒子質(zhì)量；

對于空間等離子體，計算時間步長Δt2與計算區(qū)域長度L2存在下述關(guān)系：

Δt2≈L2Vk2---(3)]]>

式（3）中V_k2為電推進(jìn)器產(chǎn)生的等離子體中粒子的速度：

Vk2=2kT2m2---(4)]]>

式（4）中k為波爾茲曼常數(shù)，T2為空間等離子體溫度，m2為空間等離子體中的粒子質(zhì)量；

利用式（1）和式（2），得到電推進(jìn)器產(chǎn)生等離子體的時間步長Δt1與計算區(qū)域長度L1之間的比例關(guān)系，利用式（3）和式（4），得到空間等離子體的時間步長Δt2與計算區(qū)域長度L2之間的比例關(guān)系；對Δt1和Δt2賦予相同值，求解得到L1和L2，將其中較小的作為計算區(qū)域長度的L值，并確保在該計算步長中等離子體中的粒子無法穿越選取的計算區(qū)域長度；

c.通過求解Maxwell方程組和泊松方程，求出各網(wǎng)格單元處的電場和磁場，然后由洛倫茲力公式求出每個粒子所受的洛倫茲力；

d.根據(jù)模擬粒子所受的力及運(yùn)動狀況，得到電推進(jìn)產(chǎn)生等離子體的空間分布。