【摘要】：超高聲速飛行器再入大氣層時在其表面形成的等離子鞘套會導致通信黑障,這一現(xiàn)象嚴重的影響了地面站對飛行器的定位、跟蹤、導航等功能,使其出現(xiàn)飛行狀態(tài)不可知、遙測數(shù)據(jù)不可知等一系列危險。相關研究表明,通信黑障與等離子鞘套的電子密度和碰撞頻率密切相關。針對這一問題,本文提出了利用脈沖磁場降低等離子鞘套局部區(qū)域電子密度的方法,通過施加脈沖磁場,使等離子體中帶電粒子的運動方向發(fā)生偏轉(zhuǎn),從而產(chǎn)生低電子密度區(qū)域,提高該位置電磁波的透射率。本文的主要研究內(nèi)容如下:1、建立脈沖磁場下動態(tài)等離子體電子密度變化的理論模型。首先,在研究非磁化等離子體中粒子擴散系數(shù)的基礎上,進一步推導出具有各向異性特性的磁化等離子體中的粒子擴散系數(shù),并應用于以漂移擴散為基礎理論的粒子運動中;其次,從磁流體力學理論出發(fā),建立脈沖磁場與動態(tài)等離子體相互耦合的數(shù)學關系;最終,針對脈沖磁場作用下動態(tài)等離子體中粒子的實時分布問題,建立完備的數(shù)學求解模型。2、建立脈沖磁場下動態(tài)等離子體電子密度變化的仿真模型。以上述數(shù)學模型為基礎,利用COMSOL多物理場仿真軟件建立脈沖磁場下動態(tài)等離子體電子密度變化的仿真模型。分析不同參數(shù)下等離子體中電子密度的分布和時間演化過程,結(jié)果表明脈沖磁場可以有效的削弱電子密度,且削弱效果與磁場強度成正比,與等離子體速度、初始電子密度成反比。3、建立不同磁場下電磁波在等離子體中的傳播模型。首先建立恒定磁場下等離子體中電磁波的傳播模型,并分析計算恒定磁場下電磁波的透射特性。接著在脈沖磁場削弱等離子體電子密度的基礎上,利用COMSOL多物理場仿真軟件建立脈沖磁場作用下電磁波在等離子體中傳播的三維仿真模型,研究對比無磁場、施加恒定磁場和施加脈沖磁場這三種條件下等離子體中電磁波透射系數(shù),結(jié)果表明脈沖磁場可以更有效的提高低頻電磁波在等離子體中透射系數(shù)�；诿}沖磁場載荷小,作用時間短,對飛行器電子設備干擾小等優(yōu)點,本文研究表明利用脈沖磁場削弱等離子體電子密度是緩解“黑障”現(xiàn)象的一種有效途徑。
【圖文】：

不同電子密度下衰減系數(shù)與磁場強度的關系曲線

9 圖2.3 不同碰撞頻率下衰減系數(shù)與磁場強度的關系曲線圖 2.2 為碰撞頻率一定電子密度不同的情況下，電磁波在等離子體中傳播的衰減系數(shù)變化曲線圖。在其他條件相同的情況下，衰減系數(shù)隨電磁波頻率先增大后減小，電子密度的變化影響衰減系數(shù)的峰值分布，且電子密度越高其衰減系數(shù)越大。圖 2.3 為電子密度一定碰撞頻率不同的情況下，，等離子體中電磁波傳播的衰減系數(shù)變化曲線圖。在其他條件相同的情況下，增大碰撞頻率明顯的減小了低頻電磁波在等離子體中傳播的衰減系數(shù)，但對于高頻電磁波恰恰相反。磁場對衰減系數(shù)的影響顯而易見，隨著磁場強度的增大，電磁波的衰減系數(shù)明顯下降。2.4 本章小結(jié)本章從等離子體的物理性質(zhì)出發(fā)
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V419;V556

【參考文獻】

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1 楊益兼;于哲峰;馬平;張志成;孫良奎;黃潔;;一體化GPS磁窗天線的設計與實驗研究[J];強激光與粒子束;2015年05期

2 于哲峰;劉佳琪;任愛民;張生俊;馬平;石安華;;磁窗天線增強等離子體鞘套透波特性研究[J];宇航學報;2011年07期

3 柴霖;;臨近空間測控系統(tǒng)技術特征分析[J];宇航學報;2010年07期

4 曲馨;方格平;;“黑障”問題的介紹與分析[J];硅谷;2010年10期

5 徐茂格;席文君;;近空間高超音速飛行器射頻通信“黑障”研究[J];電訊技術;2009年10期

6 王艷奎;;臨近空間飛行器應用前景及發(fā)展概況分析[J];中國航天;2009年10期

7 晏明;許金;余錫文;;不均勻非磁化等離子體柱的ZTFDTD分析[J];海軍工程大學學報;2009年03期

8 夏新仁;尹成友;王光明;;非均勻磁化等離子體層的電磁特性分析[J];上海航天;2008年06期

9 柴霖;;臨近空間飛行器測控與信息傳輸系統(tǒng)頻段選擇[J];航空學報;2008年04期

10 沈劍;王偉;;國外高超聲速飛行器研制計劃[J];飛航導彈;2006年08期

本文編號：2698286