本文關(guān)鍵詞：黑障中等離子體流場及電磁波傳輸特性研究

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【摘要】：超高聲速飛行器再入大氣層時(shí),由于極高的飛行速度,使得飛行器周圍形成一層高溫高壓地帶,在超高的溫度與壓強(qiáng)條件下,使得空氣發(fā)生化學(xué)及電離等反應(yīng),形成內(nèi)部帶自由電子的整體呈中性的混合氣體,即等離子體。此層等離子體包裹著飛行器,對(duì)入射的電磁波有反射和吸收的作用,影響飛行器與地面及中繼通訊之間的聯(lián)系,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生通訊中斷現(xiàn)象,即著名的“黑障”效應(yīng)。為了對(duì)超高聲速飛行器的通訊中斷現(xiàn)象進(jìn)行有效的緩解及抑制,本文對(duì)“黑障”現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理做了深入的理論推導(dǎo)及數(shù)值研究,并進(jìn)行了一系列相關(guān)的實(shí)驗(yàn),對(duì)理論及數(shù)值的研究進(jìn)行了對(duì)比性驗(yàn)證。第一部分對(duì)超高聲速飛行器周圍等離子體特性進(jìn)行了簡要說明,并對(duì)流場中等離子體模型進(jìn)行了介紹。第二部分通過對(duì)超高聲速飛行器周圍等離子體流場進(jìn)行數(shù)值計(jì)算模擬,得出飛行器周圍的速度、溫度、壓強(qiáng)及等離子體密度分布云圖,對(duì)飛行器周圍的流場有了一個(gè)整體性的把握和了解。并對(duì)各個(gè)參量對(duì)等離子體密度的影響進(jìn)行了計(jì)算研究。第三部分對(duì)電磁波在等離子體中的傳輸特性進(jìn)行了深入研究,并對(duì)非磁化等離子體常用的解析解法、WKB方法及FDTD數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行了推導(dǎo)及計(jì)算,最后通過計(jì)算編程得到各個(gè)相關(guān)參數(shù)對(duì)電磁波在等離子體中傳輸特性的影響。并在飛行器周圍流場的實(shí)際飛行等離子體密度分布下,對(duì)電磁波傳輸特性進(jìn)行了仿真和計(jì)算。第四部分介紹了本文中所相關(guān)的部分實(shí)驗(yàn),并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)及分析。
【關(guān)鍵詞】：等離子體鞘套 黑障現(xiàn)象 時(shí)域有限差分法 等離子體密度診斷 RAMC-Ⅱ飛行器
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V219;O53
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 研究工作的背景與意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究發(fā)展12-15
• 1.2.1 等離子體流場國內(nèi)外研究發(fā)展12-14
• 1.2.2 電磁波在等離子體中傳輸特性的國內(nèi)外研究發(fā)展14-15
• 1.3 本論文的主要貢獻(xiàn)與創(chuàng)新15-16
• 1.4 本論文的結(jié)構(gòu)安排16-17
• 第二章 等離子體基本特性及相關(guān)模型介紹17-30
• 2.1 等離子體的基本性質(zhì)17-24
• 2.1.1 等離子體分類18-20
• 2.1.2 等離子體的空間尺度特征20-22
• 2.1.3 等離子體的時(shí)間尺度特征22-23
• 2.1.4 等離子體與電磁波的作用及其電磁輻射現(xiàn)象23-24
• 2.2 動(dòng)力學(xué)模型24-27
• 2.2.1 單粒子軌道模型25
• 2.2.2 符拉索夫模型25-27
• 2.3 流體力學(xué)模型27-29
• 2.3.1 磁流體模型27-28
• 2.3.2 雙流體模型28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 超高聲速等離子體流場微觀物理過程研究30-57
• 3.1 等離子體流場數(shù)值計(jì)算基本理論31-38
• 3.1.1 等離子體流場控制方程31-35
• 3.1.2 Gupta空氣化學(xué)反應(yīng)模型35-37
• 3.1.3 表面催化特性計(jì)算模型37
• 3.1.4 輸運(yùn)系數(shù)37-38
• 3.2 計(jì)算軟件的簡介與考核38-43
• 3.2.1 計(jì)算軟件的簡介38-39
• 3.2.2 計(jì)算軟件的考核39-43
• 3.3 等離子體流場計(jì)算43-48
• 3.3.1 RAMC-Ⅱ飛行器模型尺寸及網(wǎng)格劃分43-44
• 3.3.2 RAMC-Ⅱ飛行器邊界條件及初始化條件44
• 3.3.3 RAMC-Ⅱ飛行器等離子體流場計(jì)算結(jié)果44-47
• 3.3.4 計(jì)算結(jié)果分析47-48
• 3.4 不同參量對(duì)飛行器周圍等離子體密度的影響48-56
• 3.4.1 飛行速度對(duì)等離子體密度的影響48-50
• 3.4.2 來流溫度對(duì)等離子體密度的影響50-52
• 3.4.3 來流壓強(qiáng)對(duì)等離子體密度的影響52-54
• 3.4.4 化學(xué)模型組分對(duì)等離子體密度的影響54-55
• 3.4.5 飛行器模型對(duì)等離子體密度的影響55-56
• 3.5 本章小結(jié)56-57
• 第四章 電磁波在等離子體中傳輸特性研究57-79
• 4.1 非均勻等離子體中電磁波傳輸衰減機(jī)理研究57-59
• 4.2 電磁波在非磁化等離子體中傳輸特性研究59-73
• 4.2.1 解析解法理論59-64
• 4.2.2 WKB方法理論64-67
• 4.2.3 FDTD方法理論67-70
• 4.2.4 各相關(guān)參數(shù)對(duì)電磁波傳輸特性的影響70-73
• 4.3 電磁波在飛行器等離子體鞘層中傳輸特性的研究73-77
• 4.3.1 飛行器周圍流場等離子體密度的提取及分析73-75
• 4.3.2 電磁波在飛行器周圍等離子體流場中傳輸特性的計(jì)算75-77
• 4.4 本章小結(jié)77-79
• 第五章 電磁波在等離子體中傳輸特性實(shí)驗(yàn)研究79-89
• 5.1 等離子體密度診斷實(shí)驗(yàn)79-85
• 5.1.1 微波診斷原理79-81
• 5.1.2 微波診斷實(shí)驗(yàn)81-85
• 5.2 非磁化等離子體中電磁波傳輸特性實(shí)驗(yàn)85-88
• 5.2.1 不同等離子體厚度對(duì)電磁波傳輸特性的影響85-87
• 5.2.2 不同入射電磁波頻率對(duì)電磁波傳輸特性的影響87-88
• 5.3 本章小結(jié)88-89
• 第六章 總結(jié)及展望89-91
• 6.1 本文的主要工作89
• 6.2 課題展望89-91
• 致謝91-92
• 參考文獻(xiàn)92-96
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果96-97
• 附錄:RAMC-Ⅱ飛行器再入飛行軌跡97-99

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本文編號(hào)：982779