發(fā)布時間：2021-10-28 07:11

　　飛行器進(jìn)入外太空后再次返回地球大氣層的過程稱為再入過程,這種飛行器也稱為再入體。由于再入體在大氣中以超高的速度飛行（最高可達(dá)24馬赫）,其四周尤其是迎風(fēng)面會發(fā)生強(qiáng)烈的空氣壓縮效應(yīng)并形成脫體激波。脫體激波與大氣之間存在強(qiáng)烈的粘性摩擦作用,使得再入體周圍的空氣溫度迅速升高。這種高溫會導(dǎo)致空氣的離解和電離,再入體表面的防熱材料也會被燒蝕,再入體因此被這種高溫、峰值電子密度為10¹³10^{1 6}cm^-3的電離層包圍。這個電離層又稱為等離子體鞘套,它會對電磁信號的傳輸以及電磁散射特性產(chǎn)生重要的影響。本文以無線電衰減測量實(shí)驗(yàn)（RAM）中的鈍頭錐體模型（代號RAM C-II）為主要研究對象,研究內(nèi)容可分為兩大部分,第一部分為對Navier-Stokes方程進(jìn)行了數(shù)值求解并得出再入體的流場數(shù)據(jù);第二部分則計算了各種不同因素變化下再入體電磁散射數(shù)據(jù),分析了等離子體鞘套對再入體電磁散射特性的影響。對于再入體流場部分,本文選擇雙溫度模型來描述粒子熱力學(xué)狀態(tài),并采用Park的7組分化學(xué)反應(yīng)模型來描述氣體各組分的離解、電離過程... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

空氣成分振動激發(fā)、離解、電離與溫度的關(guān)系

對再入體的流場進(jìn)行求解。2.2.1 CFD-FASTRAN 工作流程FASTRAN 的工作流程可以分為前處理、數(shù)值計算和后處理三部分。第一步前處理包括目標(biāo)的幾何建模和流場網(wǎng)格剖分兩部分。本文采用 DesignModeler 軟件構(gòu)建目標(biāo)體及流場區(qū)域的二維模型，采用 ANSYS 旗下的 ICEM CFD 軟件進(jìn)行流場網(wǎng)格劃分，ICEM CFD 可以對導(dǎo)入的幾何模型進(jìn)行修復(fù)，具有強(qiáng)大的網(wǎng)格編輯功能，并且?guī)缀踔С州敵鏊蓄愋偷那蠼馄骶W(wǎng)格。ICEM CFD 支持產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化以及非機(jī)構(gòu)化網(wǎng)格，并可以輸出適用于 FASTRAN 格式的求解網(wǎng)格文件。第二步數(shù)值計算則是流場數(shù)據(jù)的求解，在將網(wǎng)格導(dǎo)入到 FASTRAN 后，選擇合適的流場控制方程以及化學(xué)反應(yīng)模型等，設(shè)定流場初始條件、邊界條件等參數(shù)，然后開始流場的計算求解。FASTRAN 還支持多線程并行計算。第三步后處理，本文采用 Tecplot360，Tecplot 具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力和便捷的可視化處理界面，F(xiàn)ASTRAN 計算得到的流場文件可轉(zhuǎn)化為 Tecplot 可處理的文件。本文對流場的分析以及后續(xù)等離子體鞘套的處理等都使用到 Tecplot 這款軟件。圖 2-2 即為流程示意圖。再入體及流場域結(jié)構(gòu)導(dǎo)入、設(shè)置

電子與離子的復(fù)合作用很強(qiáng)，再入體的等離子體鞘套變薄，電子密度同樣很��；在大氣層的上部區(qū)域，大氣層的空氣密度過低也同樣無法形成等離子體鞘套，因此等離子體鞘套一般形成于再入體在大氣層的中部區(qū)域飛行時段。圖2-3為典型的再入體流場結(jié)構(gòu)示意圖[21]。圖2-3 典型再入體流場結(jié)構(gòu)流場可大致分為三個區(qū)域，分別是駐點(diǎn)區(qū)、中間區(qū)、尾部區(qū)。其中駐點(diǎn)區(qū)在整個流場中具有最高的溫度和壓強(qiáng)，存在一層很薄的邊界層，此處一般不設(shè)置天線等裝置。中間區(qū)為再入體中部的周圍氣體，此處處于化學(xué)非平衡狀態(tài)，此區(qū)域等離子體相對于駐點(diǎn)區(qū)溫度和壓強(qiáng)都有所下降，對電磁波的屏蔽效應(yīng)也相對降低。駐點(diǎn)滯止點(diǎn)尾波粘性分離區(qū)聲速線超聲速區(qū)邊界層粘性混合區(qū)分離邊界亞聲速區(qū)尾渦


本文編號：3462459