再入飞行物及等离子体鞘套的建模与散射分析
发布时间：2021-10-28 07:11
飞行器进入外太空后再次返回地球大气层的过程称为再入过程,这种飞行器也称为再入体。由于再入体在大气中以超高的速度飞行（最高可达24马赫）,其四周尤其是迎风面会发生强烈的空气压缩效应并形成脱体激波。脱体激波与大气之间存在强烈的粘性摩擦作用,使得再入体周围的空气温度迅速升高。这种高温会导致空气的离解和电离,再入体表面的防热材料也会被烧蚀,再入体因此被这种高温、峰值电子密度为1013101 6cm-3的电离层包围。这个电离层又称为等离子体鞘套,它会对电磁信号的传输以及电磁散射特性产生重要的影响。本文以无线电衰减测量实验（RAM）中的钝头锥体模型（代号RAM C-II）为主要研究对象,研究内容可分为两大部分,第一部分为对Navier-Stokes方程进行了数值求解并得出再入体的流场数据;第二部分则计算了各种不同因素变化下再入体电磁散射数据,分析了等离子体鞘套对再入体电磁散射特性的影响。对于再入体流场部分,本文选择双温度模型来描述粒子热力学状态,并采用Park的7组分化学反应模型来描述气体各组分的离解、电离过程...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
空气成分振动激发、离解、电离与温度的关系
对再入体的流场进行求解。2.2.1 CFD-FASTRAN 工作流程FASTRAN 的工作流程可以分为前处理、数值计算和后处理三部分。第一步前处理包括目标的几何建模和流场网格剖分两部分。本文采用 DesignModeler 软件构建目标体及流场区域的二维模型，采用 ANSYS 旗下的 ICEM CFD 软件进行流场网格划分，ICEM CFD 可以对导入的几何模型进行修复，具有强大的网格编辑功能，并且几乎支持输出所有类型的求解器网格。ICEM CFD 支持产生结构化以及非机构化网格，并可以输出适用于 FASTRAN 格式的求解网格文件。第二步数值计算则是流场数据的求解，在将网格导入到 FASTRAN 后，选择合适的流场控制方程以及化学反应模型等，设定流场初始条件、边界条件等参数，然后开始流场的计算求解。FASTRAN 还支持多线程并行计算。第三步后处理，本文采用 Tecplot360，Tecplot 具有强大的数据分析能力和便捷的可视化处理界面，FASTRAN 计算得到的流场文件可转化为 Tecplot 可处理的文件。本文对流场的分析以及后续等离子体鞘套的处理等都使用到 Tecplot 这款软件。图 2-2 即为流程示意图。再入体及流场域结构导入、设置
电子与离子的复合作用很强，再入体的等离子体鞘套变薄，电子密度同样很小；在大气层的上部区域，大气层的空气密度过低也同样无法形成等离子体鞘套，因此等离子体鞘套一般形成于再入体在大气层的中部区域飞行时段。图2-3为典型的再入体流场结构示意图[21]。图2-3 典型再入体流场结构流场可大致分为三个区域，分别是驻点区、中间区、尾部区。其中驻点区在整个流场中具有最高的温度和压强，存在一层很薄的边界层，此处一般不设置天线等装置。中间区为再入体中部的周围气体，此处处于化学非平衡状态，此区域等离子体相对于驻点区温度和压强都有所下降，对电磁波的屏蔽效应也相对降低。驻点滞止点尾波粘性分离区声速线超声速区边界层粘性混合区分离边界亚声速区尾涡
本文编号：3462459
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
空气成分振动激发、离解、电离与温度的关系
对再入体的流场进行求解。2.2.1 CFD-FASTRAN 工作流程FASTRAN 的工作流程可以分为前处理、数值计算和后处理三部分。第一步前处理包括目标的几何建模和流场网格剖分两部分。本文采用 DesignModeler 软件构建目标体及流场区域的二维模型，采用 ANSYS 旗下的 ICEM CFD 软件进行流场网格划分，ICEM CFD 可以对导入的几何模型进行修复，具有强大的网格编辑功能，并且几乎支持输出所有类型的求解器网格。ICEM CFD 支持产生结构化以及非机构化网格，并可以输出适用于 FASTRAN 格式的求解网格文件。第二步数值计算则是流场数据的求解，在将网格导入到 FASTRAN 后，选择合适的流场控制方程以及化学反应模型等，设定流场初始条件、边界条件等参数，然后开始流场的计算求解。FASTRAN 还支持多线程并行计算。第三步后处理，本文采用 Tecplot360，Tecplot 具有强大的数据分析能力和便捷的可视化处理界面，FASTRAN 计算得到的流场文件可转化为 Tecplot 可处理的文件。本文对流场的分析以及后续等离子体鞘套的处理等都使用到 Tecplot 这款软件。图 2-2 即为流程示意图。再入体及流场域结构导入、设置
电子与离子的复合作用很强，再入体的等离子体鞘套变薄，电子密度同样很小；在大气层的上部区域，大气层的空气密度过低也同样无法形成等离子体鞘套，因此等离子体鞘套一般形成于再入体在大气层的中部区域飞行时段。图2-3为典型的再入体流场结构示意图[21]。图2-3 典型再入体流场结构流场可大致分为三个区域，分别是驻点区、中间区、尾部区。其中驻点区在整个流场中具有最高的温度和压强，存在一层很薄的边界层，此处一般不设置天线等装置。中间区为再入体中部的周围气体，此处处于化学非平衡状态，此区域等离子体相对于驻点区温度和压强都有所下降，对电磁波的屏蔽效应也相对降低。驻点滞止点尾波粘性分离区声速线超声速区边界层粘性混合区分离边界亚声速区尾涡
本文编号：3462459
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