再入飛行物及等離子體鞘套的建模與散射分析
發(fā)布時(shí)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(guò)程稱為再入過(guò)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(huì)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(huì)導(dǎo)致空氣的離解和電離,再入體表面的防熱材料也會(huì)被燒蝕,再入體因此被這種高溫、峰值電子密度為1013101 6cm-3的電離層包圍。這個(gè)電離層又稱為等離子體鞘套,它會(huì)對(duì)電磁信號(hào)的傳輸以及電磁散射特性產(chǎn)生重要的影響。本文以無(wú)線電衰減測(cè)量實(shí)驗(yàn)（RAM）中的鈍頭錐體模型（代號(hào)RAM C-II）為主要研究對(duì)象,研究?jī)?nèi)容可分為兩大部分,第一部分為對(duì)Navier-Stokes方程進(jìn)行了數(shù)值求解并得出再入體的流場(chǎng)數(shù)據(jù);第二部分則計(jì)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(duì)再入體電磁散射特性的影響。對(duì)于再入體流場(chǎng)部分,本文選擇雙溫度模型來(lái)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(lái)描述氣體各組分的離解、電離過(guò)程...
【文章來(lái)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(yè)數(shù)】：66 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
空氣成分振動(dòng)激發(fā)、離解、電離與溫度的關(guān)系
對(duì)再入體的流場(chǎng)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(jì)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(chǎng)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(chǎng)區(qū)域的二維模型，采用 ANSYS 旗下的 ICEM CFD 軟件進(jìn)行流場(chǎng)網(wǎng)格劃分，ICEM CFD 可以對(duì)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(jì)算則是流場(chǎng)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(chǎng)控制方程以及化學(xué)反應(yīng)模型等，設(shè)定流場(chǎng)初始條件、邊界條件等參數(shù)，然后開(kāi)始流場(chǎng)的計(jì)算求解。FASTRAN 還支持多線程并行計(jì)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(jì)算得到的流場(chǎng)文件可轉(zhuǎn)化為 Tecplot 可處理的文件。本文對(duì)流場(chǎng)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(chǎng)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(guò)低也同樣無(wú)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(shí)段。圖2-3為典型的再入體流場(chǎng)結(jié)構(gòu)示意圖[21]。圖2-3 典型再入體流場(chǎng)結(jié)構(gòu)流場(chǎng)可大致分為三個(gè)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(gè)流場(chǎng)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(duì)于駐點(diǎn)區(qū)溫度和壓強(qiáng)都有所下降，對(duì)電磁波的屏蔽效應(yīng)也相對(duì)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(hào)：3462459
【文章來(lái)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(yè)數(shù)】：66 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
空氣成分振動(dòng)激發(fā)、離解、電離與溫度的關(guān)系
對(duì)再入體的流場(chǎng)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(jì)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(chǎng)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(chǎng)區(qū)域的二維模型，采用 ANSYS 旗下的 ICEM CFD 軟件進(jìn)行流場(chǎng)網(wǎng)格劃分，ICEM CFD 可以對(duì)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(jì)算則是流場(chǎng)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(chǎng)控制方程以及化學(xué)反應(yīng)模型等，設(shè)定流場(chǎng)初始條件、邊界條件等參數(shù)，然后開(kāi)始流場(chǎng)的計(jì)算求解。FASTRAN 還支持多線程并行計(jì)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(jì)算得到的流場(chǎng)文件可轉(zhuǎn)化為 Tecplot 可處理的文件。本文對(duì)流場(chǎng)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(chǎng)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(guò)低也同樣無(wú)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(shí)段。圖2-3為典型的再入體流場(chǎng)結(jié)構(gòu)示意圖[21]。圖2-3 典型再入體流場(chǎng)結(jié)構(gòu)流場(chǎng)可大致分為三個(gè)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(gè)流場(chǎng)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(duì)于駐點(diǎn)區(qū)溫度和壓強(qiáng)都有所下降，對(duì)電磁波的屏蔽效應(yīng)也相對(duì)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(hào)：3462459
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3462459.html
最近更新
教材專著
