大气压等离子体射流的推进模式

首先，研究者发现并非所有的等离子体子弹都以可重复模式推进。当脉冲频率从10kHz降到0.25kHz时，等离子体射流没有表现出明显的差异。事实上，对于ICCD相同的时间延迟，发现等离子体子弹推进所到达的位置总是相同的，这是判定流注在可重复模式下推进的关键。然而，当频率进一步降低到0.2kHz时，虽然在人眼看来等离子体射流仍然是一样的，但ICCD拍摄的照片显示，其与0.25kHz时的等离子体射流有显著差异，如图5.4.1所示。虽然在0.2kHz的频率下，等离子体仍然像子弹一样出现，但是在相同的延迟时间内，等离子体子弹的位置不再相同[171]。因此，等离子体子弹在这种条件下以随机模式传播。

接下来，当等离子体子弹在随机模式下传播时，为了了解随机模式是由于等离子体起始放电时间不同，还是推进速度的不一致性造成的，采用两个光电倍增管（photomultipliertube，PMT）来获得等离子体射流所到达给定位置的时间。光电倍增管放置在高压电极附近，PMT1和PMT2之间的距离为2.5 cm。PMT1的峰值与所施加电压的上升沿（其最大值的50%处）之间的时间称为td，而两个光电倍增管之间的时间差称为tv。光电倍增管之间的距离L是固定的，等离子体子弹的推进速度为v=L/tv。如果在相同放电条件下tv是不变的，就可以认为等离子体子弹从电极到PMT1的传播速度也是一个常数。在此条件下，可以用放电延迟时间td的抖动来确定放电方式，即可重复或不可重复/随机模式。当td的抖动小于一定值时，认为等离子体子弹以可重复的方式推进，否则，它被认为是在不可重复/随机模式下推进。

图5.4.2　等离子体子弹的推进速度随频率的变化情况[172]

0.2个大气压条件下，工作气体为氦气加入0.5% O2和10% O2

由于等离子体子弹的通常推进速度约为105m/s，且整个系统的空间不确定性约为0.2mm。因此，2ns被认为是不同模式的延迟时间的抖动值阈值。图5.4.2给出了不同频率的等离子体子弹的推进速度，其中O2百分比分别为0.5%和10%。从图中可以看出，在实验条件下20次重复测量得到的误差值都很小，即在这种条件下，等离子体射流以一个恒定的速度推进[172]。换句话说，如果等离子体子弹的推进是处于不可重复放电模式，那么一定是由于等离子体子弹放电时间不一致导致的，即由放电起始延迟时间td的抖动导致的。(www.xing528.com)

图5.4.3　td随频率的变化情况，气体压强为0.2倍大气压[172]

（a）He+0.5%O2；（b）He+10%O2

图5.4.3给出了在O2含量分别为0.5%和10%时放电起始延迟时间td随频率的变化情况。从图5.4.3可以看出，延迟时间td及其抖动（误差棒）都随着频率的增加而减小。如前所述，当td的抖动小于2ns时，等离子体子弹被认为以可重复放电模式推进。放电模式随频率的增加由随机模式过渡到可重复放电模式，将放电模式从随机模式向可重复放电模式转变所对应的频率定义为临界频率fcri。从图5.4.3（a）和图5.4.3（b）可以看出，当O2含量为0.5%和10%时，对应的临界频率fcri分别为300Hz和1900Hz。

值得注意的是，虽然上述实验是在0.2个大气压下进行的，但在1个大气压的情况下也有类似的现象，氦气等离子体射流的临界频率约为200 Hz[171]。当频率降低到200Hz以下时，等离子体子弹推进模式由可重复模式变为随机模式。