高超声速飞行器等离子体鞘套的电磁特性

第1章 综述 1

1.1 等离子鞘套电磁特性的研究意义 1

1.2 等离子体鞘套电磁特性的研究方法 2

1.2.1 高超声速流动的计算方法 2

1.2.2 电磁波与等离子体作用的计算方法 3

第2章 等离子体鞘套的理论基础 6

2.1 等离子体的基本特性 6

2.1.1 等离子体基本参数 6

2.1.2 等离子体的介电特性 7

2.1.3 等离子体的色散特性 9

2.2 等离子体鞘套的磁流体力学基础 10

2.2.1 磁流体力学问题的解耦条件 10

2.2.2 气体流场的基本概念 14

2.2.3 等离子体鞘套的流体特征 16

2.3 电磁波与等离子体的相互作用 18

2.3.1 高通滤波、相移及吸收衰减特性 18

2.3.2 磁化条件下的法拉第旋转效应及共振吸收现象 21

2.3.3 电磁波折射效应 24

2.3.4 多普勒频移效应 26

第3章 高超声速目标热化学非平衡流模拟 27

3.1 高超声速热化学非平衡流的CFD理论 27

3.1.1 热力学温度模型 27

3.1.2 化学反应动力学模型 28

3.1.3 热化学非平衡流控制方程 29

3.1.4 计算方法与算例验证 32

3.2 再入体模型的建立 34

3.3 气动物理特性相似规律 35

3.4 微缩尺度模型 37

3.5 再入体绕流流动模拟结果与分析 39

3.5.1 高超声速钝锥绕流流动模拟 39

3.5.2 高超声速球冠倒锥体绕流流动模拟 45

3.5.3 高超声速锐头体绕流流动模拟 53

第4章 等离子体鞘套电磁特性分析的时域有限差分方法 60

4.1 改进的非磁化等离子体FDTD方法 60

4.1.1 改进的非磁化等离子体SO-FDTD方法 60

4.1.2 改进的非磁化等离子体ADI-FDTD方法 65

4.1.3 算法验证与分析 74

4.2 改进的磁化等离子体SO-FDTD方法 77

4.2.1 改进的基于任意磁偏角的磁化等离子体SO-FDTD方法 78

4.2.2 改进的基于0°磁偏角的磁化等离子体SO-FDTD方法 84

4.2.3 算法验证与分析 86

4.3 提升高阶差分方程迭代计算效率的内存优化算法 91

第5章 电磁波在等离子体鞘套中的传播特性 94

5.1 电磁波在等离子体鞘套中传播的理论分析方法 94

5.1.1 传播矩阵法 94

5.1.2 FDTD方法 101

5.1.3 有效性分析 103

5.2 等离子体鞘套电磁模型 106

5.2.1 等离子体鞘套电磁特性参数的提取 106

5.2.2 等离子体鞘套电磁特性参数的分布 107

5.3 电磁波入射到非磁化等离子体鞘套的传播特性分析 109

5.3.1 观察点位置变化对电磁波传播特性的影响 109

5.3.2 入射角变化对电磁波传播特性的影响 114

5.3.3 再入速度变化对电磁波传播特性的影响 116

5.3.4 再入高度变化对电磁波传播特性的影响 118

5.4 电磁波入射到局部磁化等离子体鞘套的传播特性分析 120

5.4.1 磁场强度变化对电磁波传播特性的影响 121

5.4.2 磁偏角变化对电磁波传播特性的影响 125

5.4.3 再入高度及速度变化对电磁波传播特性的影响 128

5.4.4 外加磁场分布特性对电磁波传播特性的影响 131

第6章 等离子体鞘套的电磁散射特性 134

6.1 等离子体鞘套电磁参数分布特性 134

6.2 FDTD网格尺度设置及散射程序验证 139

6.3 球冠倒锥体等离子体鞘套的散射特性 141

6.3.1 不同入射方向时的RCS频率响应特性 142

6.3.2 不同再入高度时的RCS频率响应特性 147

6.3.3 不同再入速度时的RCS频率响应特性 150

6.3.4 倒锥体本体尺寸变化对RCS频率响应特性的影响 152

6.4 锐头体等离子体鞘套的散射特性 154

6.4.1 不同入射方向时的RCS频率响应特性 154

6.4.2 不同再入高度时的RCS频率响应特性 158

6.4.3 不同再入速度时的RCS频率响应特性 161

6.4.4 锐头体本体尺寸变化对RCS频率响应特性的影响 163

附录 167

参考文献 169