【摘 要】
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超高声速飞行器再入大气层时,由于极高的飞行速度,使得飞行器周围形成一层高温高压地带,在超高的温度与压强条件下,使得空气发生化学及电离等反应,形成内部带自由电子的整体
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超高声速飞行器再入大气层时,由于极高的飞行速度,使得飞行器周围形成一层高温高压地带,在超高的温度与压强条件下,使得空气发生化学及电离等反应,形成内部带自由电子的整体呈中性的混合气体,即等离子体。此层等离子体包裹着飞行器,对入射的电磁波有反射和吸收的作用,影响飞行器与地面及中继通讯之间的联系,严重时甚至会发生通讯中断现象,即著名的“黑障”效应。为了对超高声速飞行器的通讯中断现象进行有效的缓解及抑制,本文对“黑障”现象的产生机理做了深入的理论推导及数值研究,并进行了一系列相关的实验,对理论及数值的研究进行了对比性验证。第一部分对超高声速飞行器周围等离子体特性进行了简要说明,并对流场中等离子体模型进行了介绍。第二部分通过对超高声速飞行器周围等离子体流场进行数值计算模拟,得出飞行器周围的速度、温度、压强及等离子体密度分布云图,对飞行器周围的流场有了一个整体性的把握和了解。并对各个参量对等离子体密度的影响进行了计算研究。第三部分对电磁波在等离子体中的传输特性进行了深入研究,并对非磁化等离子体常用的解析解法、WKB方法及FDTD数值计算方法进行了推导及计算,最后通过计算编程得到各个相关参数对电磁波在等离子体中传输特性的影响。并在飞行器周围流场的实际飞行等离子体密度分布下,对电磁波传输特性进行了仿真和计算。第四部分介绍了本文中所相关的部分实验,并对实验数据结果进行了总结及分析。
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