本文關(guān)鍵詞：太赫茲與等離子體作用仿真計(jì)算

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【摘要】：超高聲速飛行器(彈頭,飛行器,返回艙等)在返回地球表面的過(guò)程中,由于飛行器的速度高達(dá)數(shù)十個(gè)馬赫,飛行器在進(jìn)入大氣層時(shí)會(huì)與飛行器周?chē)諝鈩×夷Σ?產(chǎn)生高溫高壓,導(dǎo)致周?chē)諝怆婋x成等離子體態(tài),在飛行器周?chē)a(chǎn)生一層等離子體鞘套。而等離子體鞘套吸收反射電磁波的能量,并對(duì)電磁波產(chǎn)生多普勒頻移和相移,使飛行器在再入段與地面系統(tǒng)的通信、定位、以及導(dǎo)航信號(hào)丟失,這就是黑障現(xiàn)象。黑障現(xiàn)象嚴(yán)重的威脅了飛行器飛行任務(wù)的完成與宇航員的安全。由于太赫茲波既具有光波又具有電磁波的特點(diǎn),太赫茲波能有效地用在光波和電磁波無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。理論證明,太赫茲波能有效地克服由于等離子體產(chǎn)生的黑障現(xiàn)象。本文從兩方面著手來(lái)研究飛行器表面等離子體鞘套對(duì)通訊電波的相互作用。首先,利用用于流場(chǎng)仿真的商用軟件CFD-FASTRAN,根據(jù)三維化學(xué)非平衡流動(dòng)Navier-Stokes控制方程仿真計(jì)算模擬聯(lián)盟號(hào)飛船周?chē)入x子體流場(chǎng)的分布情況,得到飛船周?chē)入x子,體鞘套的電子密度云圖,壓強(qiáng)云圖,溫度云圖,碰撞頻率云圖,以便于我們對(duì)等離子體流場(chǎng)有一個(gè)整體了解和掌握。然后,找到等離子體電子密度最小的部位,為安裝通信天線提供理論依據(jù)。最后,本文對(duì)通信電波在等離子體中的傳播特性進(jìn)行了理論研究,對(duì)電磁波在等離子體中傳播的Z變換時(shí)域有限差分方法進(jìn)行了理論公式推導(dǎo),然后利用Z變換時(shí)域有限差分法對(duì)太赫茲波在等離子體的中的功率反射系數(shù),功率透射系數(shù)隨工作電波頻率,碰撞頻率,等離子體電子密度,等離子體厚度的變化情況分別進(jìn)行了數(shù)值仿真和解釋。分別從仿真的角度研究了太赫茲波在等離子體鞘層中傳輸時(shí)的功率反射系數(shù)和功率透射系數(shù)與等離子體電子密度,碰撞頻率,等離子體厚度以及電磁波工作頻率的關(guān)系。仿真結(jié)果顯示太赫茲波在解決黑障問(wèn)題上效果顯著。
【關(guān)鍵詞】：等離子體流場(chǎng) 等離子體鞘套 反射系數(shù) 透射系數(shù)
【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】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：V211
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 研究工作的背景與意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 超高聲速等離子體流場(chǎng)國(guó)內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 電磁波傳播國(guó)內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀11-12
• 1.3 本論文的結(jié)構(gòu)安排12-13
• 1.4 本章小結(jié)13-14
• 第二章 等離子體繞流流場(chǎng)模擬14-41
• 2.1 超高聲速等離子體流場(chǎng)簡(jiǎn)介14
• 2.2 化學(xué)非平衡流場(chǎng)的物理化學(xué)模型和數(shù)值計(jì)算方法14-19
• 2.2.1 化學(xué)非平衡流動(dòng)控制方程14-16
• 2.2.2 空氣化學(xué)反應(yīng)模型16-17
• 2.2.3 表面催化特性計(jì)算模型17
• 2.2.4 輸運(yùn)系數(shù)17-18
• 2.2.5 數(shù)值計(jì)算方法18-19
• 2.3 計(jì)算程序的考核驗(yàn)證19-40
• 2.3.1 彈道靶試驗(yàn)球模型21-22
• 2.3.2 實(shí)際飛行器模型仿真計(jì)算22-40
• 2.4 本章小結(jié)40-41
• 第三章 基于Z-FDTD計(jì)算太赫茲波在等離子體中傳輸特性41-61
• 3.1 等離子體的基本性質(zhì)41-45
• 3.2 電磁波在等離子體下的傳輸特性45-48
• 3.3 基于Z變換的時(shí)域有限差分方法48-52
• 3.4 太赫茲波在等離子體中的傳輸特性仿真52-60
• 3.5 本章小結(jié)60-61
• 第四章 全文總結(jié)與展望61-62
• 4.1 全文總結(jié)61
• 4.2 后續(xù)工作展望61-62
• 致謝62-63
• 參考文獻(xiàn)63-70

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本文編號(hào)：974432