基于脉冲磁场的等离子体电子密度削弱方法研究

发布时间：2020-06-05 16:05

【摘要】：超高声速飞行器再入大气层时在其表面形成的等离子鞘套会导致通信黑障,这一现象严重的影响了地面站对飞行器的定位、跟踪、导航等功能,使其出现飞行状态不可知、遥测数据不可知等一系列危险。相关研究表明,通信黑障与等离子鞘套的电子密度和碰撞频率密切相关。针对这一问题,本文提出了利用脉冲磁场降低等离子鞘套局部区域电子密度的方法,通过施加脉冲磁场,使等离子体中带电粒子的运动方向发生偏转,从而产生低电子密度区域,提高该位置电磁波的透射率。本文的主要研究内容如下:1、建立脉冲磁场下动态等离子体电子密度变化的理论模型。首先,在研究非磁化等离子体中粒子扩散系数的基础上,进一步推导出具有各向异性特性的磁化等离子体中的粒子扩散系数,并应用于以漂移扩散为基础理论的粒子运动中;其次,从磁流体力学理论出发,建立脉冲磁场与动态等离子体相互耦合的数学关系;最终,针对脉冲磁场作用下动态等离子体中粒子的实时分布问题,建立完备的数学求解模型。2、建立脉冲磁场下动态等离子体电子密度变化的仿真模型。以上述数学模型为基础,利用COMSOL多物理场仿真软件建立脉冲磁场下动态等离子体电子密度变化的仿真模型。分析不同参数下等离子体中电子密度的分布和时间演化过程,结果表明脉冲磁场可以有效的削弱电子密度,且削弱效果与磁场强度成正比,与等离子体速度、初始电子密度成反比。3、建立不同磁场下电磁波在等离子体中的传播模型。首先建立恒定磁场下等离子体中电磁波的传播模型,并分析计算恒定磁场下电磁波的透射特性。接着在脉冲磁场削弱等离子体电子密度的基础上,利用COMSOL多物理场仿真软件建立脉冲磁场作用下电磁波在等离子体中传播的三维仿真模型,研究对比无磁场、施加恒定磁场和施加脉冲磁场这三种条件下等离子体中电磁波透射系数,结果表明脉冲磁场可以更有效的提高低频电磁波在等离子体中透射系数。基于脉冲磁场载荷小,作用时间短,对飞行器电子设备干扰小等优点,本文研究表明利用脉冲磁场削弱等离子体电子密度是缓解“黑障”现象的一种有效途径。
【图文】：

不同电子密度下衰减系数与磁场强度的关系曲线

9 图2.3 不同碰撞频率下衰减系数与磁场强度的关系曲线图 2.2 为碰撞频率一定电子密度不同的情况下，电磁波在等离子体中传播的衰减系数变化曲线图。在其他条件相同的情况下，衰减系数随电磁波频率先增大后减小，电子密度的变化影响衰减系数的峰值分布，且电子密度越高其衰减系数越大。图 2.3 为电子密度一定碰撞频率不同的情况下，，等离子体中电磁波传播的衰减系数变化曲线图。在其他条件相同的情况下，增大碰撞频率明显的减小了低频电磁波在等离子体中传播的衰减系数，但对于高频电磁波恰恰相反。磁场对衰减系数的影响显而易见，随着磁场强度的增大，电磁波的衰减系数明显下降。2.4 本章小结本章从等离子体的物理性质出发
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V419;V556

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 杨益兼;于哲峰;马平;张志成;孙良奎;黄洁;;一体化GPS磁窗天线的设计与实验研究[J];强激光与粒子束;2015年05期

2 于哲峰;刘佳琪;任爱民;张生俊;马平;石安华;;磁窗天线增强等离子体鞘套透波特性研究[J];宇航学报;2011年07期

3 柴霖;;临近空间测控系统技术特征分析[J];宇航学报;2010年07期

4 曲馨;方格平;;“黑障”问题的介绍与分析[J];硅谷;2010年10期

5 徐茂格;席文君;;近空间高超音速飞行器射频通信“黑障”研究[J];电讯技术;2009年10期

6 王艳奎;;临近空间飞行器应用前景及发展概况分析[J];中国航天;2009年10期

7 晏明;许金;余锡文;;不均匀非磁化等离子体柱的ZTFDTD分析[J];海军工程大学学报;2009年03期

8 夏新仁;尹成友;王光明;;非均匀磁化等离子体层的电磁特性分析[J];上海航天;2008年06期

9 柴霖;;临近空间飞行器测控与信息传输系统频段选择[J];航空学报;2008年04期

10 沈剑;王伟;;国外高超声速飞行器研制计划[J];飞航导弹;2006年08期

本文编号：2698286