黑障中等离子体流场及电磁波传输特性研究

发布时间：2017-10-06 12:23

  本文关键词：黑障中等离子体流场及电磁波传输特性研究

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【摘要】：超高声速飞行器再入大气层时,由于极高的飞行速度,使得飞行器周围形成一层高温高压地带,在超高的温度与压强条件下,使得空气发生化学及电离等反应,形成内部带自由电子的整体呈中性的混合气体,即等离子体。此层等离子体包裹着飞行器,对入射的电磁波有反射和吸收的作用,影响飞行器与地面及中继通讯之间的联系,严重时甚至会发生通讯中断现象,即著名的“黑障”效应。为了对超高声速飞行器的通讯中断现象进行有效的缓解及抑制,本文对“黑障”现象的产生机理做了深入的理论推导及数值研究,并进行了一系列相关的实验,对理论及数值的研究进行了对比性验证。第一部分对超高声速飞行器周围等离子体特性进行了简要说明,并对流场中等离子体模型进行了介绍。第二部分通过对超高声速飞行器周围等离子体流场进行数值计算模拟,得出飞行器周围的速度、温度、压强及等离子体密度分布云图,对飞行器周围的流场有了一个整体性的把握和了解。并对各个参量对等离子体密度的影响进行了计算研究。第三部分对电磁波在等离子体中的传输特性进行了深入研究,并对非磁化等离子体常用的解析解法、WKB方法及FDTD数值计算方法进行了推导及计算,最后通过计算编程得到各个相关参数对电磁波在等离子体中传输特性的影响。并在飞行器周围流场的实际飞行等离子体密度分布下,对电磁波传输特性进行了仿真和计算。第四部分介绍了本文中所相关的部分实验,并对实验数据结果进行了总结及分析。
【关键词】：等离子体鞘套 黑障现象 时域有限差分法 等离子体密度诊断 RAMC-Ⅱ飞行器
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V219;O53
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究工作的背景与意义10-12
• 1.2 国内外研究发展12-15
• 1.2.1 等离子体流场国内外研究发展12-14
• 1.2.2 电磁波在等离子体中传输特性的国内外研究发展14-15
• 1.3 本论文的主要贡献与创新15-16
• 1.4 本论文的结构安排16-17
• 第二章 等离子体基本特性及相关模型介绍17-30
• 2.1 等离子体的基本性质17-24
• 2.1.1 等离子体分类18-20
• 2.1.2 等离子体的空间尺度特征20-22
• 2.1.3 等离子体的时间尺度特征22-23
• 2.1.4 等离子体与电磁波的作用及其电磁辐射现象23-24
• 2.2 动力学模型24-27
• 2.2.1 单粒子轨道模型25
• 2.2.2 符拉索夫模型25-27
• 2.3 流体力学模型27-29
• 2.3.1 磁流体模型27-28
• 2.3.2 双流体模型28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 超高声速等离子体流场微观物理过程研究30-57
• 3.1 等离子体流场数值计算基本理论31-38
• 3.1.1 等离子体流场控制方程31-35
• 3.1.2 Gupta空气化学反应模型35-37
• 3.1.3 表面催化特性计算模型37
• 3.1.4 输运系数37-38
• 3.2 计算软件的简介与考核38-43
• 3.2.1 计算软件的简介38-39
• 3.2.2 计算软件的考核39-43
• 3.3 等离子体流场计算43-48
• 3.3.1 RAMC-Ⅱ飞行器模型尺寸及网格划分43-44
• 3.3.2 RAMC-Ⅱ飞行器边界条件及初始化条件44
• 3.3.3 RAMC-Ⅱ飞行器等离子体流场计算结果44-47
• 3.3.4 计算结果分析47-48
• 3.4 不同参量对飞行器周围等离子体密度的影响48-56
• 3.4.1 飞行速度对等离子体密度的影响48-50
• 3.4.2 来流温度对等离子体密度的影响50-52
• 3.4.3 来流压强对等离子体密度的影响52-54
• 3.4.4 化学模型组分对等离子体密度的影响54-55
• 3.4.5 飞行器模型对等离子体密度的影响55-56
• 3.5 本章小结56-57
• 第四章 电磁波在等离子体中传输特性研究57-79
• 4.1 非均匀等离子体中电磁波传输衰减机理研究57-59
• 4.2 电磁波在非磁化等离子体中传输特性研究59-73
• 4.2.1 解析解法理论59-64
• 4.2.2 WKB方法理论64-67
• 4.2.3 FDTD方法理论67-70
• 4.2.4 各相关参数对电磁波传输特性的影响70-73
• 4.3 电磁波在飞行器等离子体鞘层中传输特性的研究73-77
• 4.3.1 飞行器周围流场等离子体密度的提取及分析73-75
• 4.3.2 电磁波在飞行器周围等离子体流场中传输特性的计算75-77
• 4.4 本章小结77-79
• 第五章 电磁波在等离子体中传输特性实验研究79-89
• 5.1 等离子体密度诊断实验79-85
• 5.1.1 微波诊断原理79-81
• 5.1.2 微波诊断实验81-85
• 5.2 非磁化等离子体中电磁波传输特性实验85-88
• 5.2.1 不同等离子体厚度对电磁波传输特性的影响85-87
• 5.2.2 不同入射电磁波频率对电磁波传输特性的影响87-88
• 5.3 本章小结88-89
• 第六章 总结及展望89-91
• 6.1 本文的主要工作89
• 6.2 课题展望89-91
• 致谢91-92
• 参考文献92-96
• 攻读硕士学位期间取得的成果96-97
• 附录:RAMC-Ⅱ飞行器再入飞行轨迹97-99

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本文编号：982779