收藏本站
《西安电子科技大学》 2016年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

等离子体鞘套数值仿真及其与电磁波相互作用

田媛  
【摘要】:自飞行历史上第一次达到高超声速,人类对高超声速飞行的研究便开始进入到不断的深入和发展之中。各种航空飞行器在再入过程中达到的高超声速,各航空大国积极投入研究的临近空间高超声速飞行器,在带来先进性的同时,也带来了不可忽视的问题。在高超声速飞行中产生的高温效应,使飞行器绕流流场中的气体产生了离解、电离等一系列化学反应,使流场形成一团电离气体,称为等离子体鞘套。等离子体鞘套与电磁波之间的相互作用对飞行器与地面的通讯以及雷达对飞行器的探测识别作用造成了不可小觑的影响。等离子体鞘套的存在甚至造成通讯黑障现象,对飞行任务的安全性乃至成功与否带来隐患。针对这一现象,研究者们从等离子体鞘套的流场分布特性入手,在等离子体鞘套的形成机理、组成结构以及数值仿真方法等方面进行了大量的研究工作,并在此基础上进行了大量的电磁波与等离子体鞘套相互作用的研究,以解决等离子体鞘套对高超声速飞行带来的种种问题。本文以有限体积方法为基础,建立基于多块近似结构网格的计算网格,通过求解积分形式的流体控制方程-纳维斯托克斯方程对飞行器绕流流场进行数值仿真,采用隐式LU-SGS时间推进方法进行三维粘性流动计算,形成计算程序。程序中包含多种基于迎风方式的对流通量差分格式,以AUSM类格式为主,并通过Reminne问题将几种通量分裂差分格式进行对比分析。通过计算程序进行包覆飞行器流场的数值仿真模拟,将采用量热气体模型计算得到的流场与采用热化学非平衡计算得到的流场进行对比,总结两模型对流场仿真结果的影响。在以上有限体积计算流体力学方法的热完全气体流场仿真程序的基础上,引入热动力学模型和化学动力学模型,使其能够进行热非平衡、化学非平衡流场的数值仿真计算。采用双温度模型以及不同的七组元化学反应动力学模型,对热力学非平衡以及化学非平衡绕流流场进行求解,形成对高超声速热化学非平衡流场的计算程序,计算采用不同化学反应模型得到的流场分布并进行对比分析。通过现有文献中提供的计算和实验结果,验证了程序进行热动力学非平衡和化学非平衡流场计算的可行性和可靠性。进行电磁波与等离子体层相互作用分析,通过电磁波在等离子体层中传播的传输系数、反射系数和吸收系数对两者之间的相互作用进行描述。讨论等离子体层所具有的非均匀特性对电磁波传播的影响,以及存在外加磁场时电磁波在离子体层中的传播。以解决通讯黑障问题的为应用背景,将入射电磁波频率提高到太赫兹波段,为解决通讯中断问题提供理论参考。进行不同飞行场景下圆球绕流流体的计算,场景变化包括飞行马赫数以及飞行高度,分析比较等离子体鞘套随飞行高度和飞行马赫数的变化规律以及造成该变化的原因。得出不同飞行场景下的包覆球体等离子体气体的电子密度分布,计算相应的等离子体频率和等离子体碰撞频率。进行不同飞行场景下典型钝锥绕流流场的计算,飞行场景为RAM试验中飞行轨迹上的几个典型高度,得出电子密度以及相应的等离子体鞘套和碰撞频率,提取驻点线上流场特性进行介电系数转化,并计算驻点线上垂直入射电磁波的单程和双程传输。同时提取非驻点线上的流场特性参数进行介电系数转换,并计算电磁波再非驻点线上的传输。将通过不同传输路径得到的结果进行比较分析。
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:V219

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 呼和敖德,胡振华,沈大才,邬惠欣;球锥细长体等离子体鞘套分析[J];空气动力学学报;1983年01期
2 袁忠才;;等离子体鞘套对飞行器再入过程信号传播特性的影响分析[J];航天器环境工程;2014年01期
3 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
4 董乃涵 ,赵汉章 ,吴是静;非均匀等离子鞘套中电波传输的近似计算[J];宇航学报;1984年01期
5 杨书林 ,肖明;加电场减少等离子鞘套电子密度方案探讨[J];国防科技大学学报;1983年03期
6 孙欣;刘亚南;刘毅敏;王先义;王健;;基于传输矩阵法的等离子体鞘套传输特性分析[J];空间科学学报;2014年02期
7 曾学军;于哲峰;部绍清;柳森;马平;石安华;梁世昌;;超高速模型及其等离子体鞘套RCS特性研究(英文)[J];空气动力学学报;2010年06期
8 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 刘江凡;席晓莉;柳杨;;等离子体鞘套中电磁波传播特性的ADE-FDTD计算[A];2009年全国天线年会论文集(下)[C];2009年
2 柳杨;王丽黎;刘江凡;席晓莉;;WKB方法在等离子体鞘套中电波传播的应用研究[A];2009年全国天线年会论文集(下)[C];2009年
3 刘铁军;方振民;;再入通讯中断与天线超导磁窗[A];1991年全国微波会议论文集(卷Ⅱ)[C];1991年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 田媛;等离子体鞘套数值仿真及其与电磁波相互作用[D];西安电子科技大学;2016年
2 高平;高速飞行器等离子体鞘套下导航信号及系统特性研究[D];西安电子科技大学;2016年
3 郑灵;飞行器等离子体鞘套对电磁波传输特性的影响研究[D];电子科技大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 武晓南;等离子体鞘套中三波相互作用下电磁传播特性研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
2 罗琦;等离子体鞘套隐身特性研究[D];南京航空航天大学;2010年
3 陈敏琪;利用PIC模拟等离子体中电磁波传输[D];哈尔滨工业大学;2015年
4 朱方;返回舱再入段雷达散射特性研究[D];兰州大学;2007年
5 杨永常;ZT-FDTD法分析航天器再入等离子鞘套对通信信号的影响[D];南京航空航天大学;2010年
6 张亮;航天器再入段电波特性及加磁场减轻黑障效应研究[D];南京理工大学;2013年
7 刘昌臻;“黑障”测控传输体制研究[D];南京理工大学;2012年
8 李皎;等离子鞘套下GPS捕获跟踪技术的研究[D];西安电子科技大学;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026