论文部分内容阅读
飞行器进入外太空后再次返回地球大气层的过程称为再入过程,这种飞行器也称为再入体。由于再入体在大气中以超高的速度飞行(最高可达24马赫),其四周尤其是迎风面会发生强烈的空气压缩效应并形成脱体激波。脱体激波与大气之间存在强烈的粘性摩擦作用,使得再入体周围的空气温度迅速升高。这种高温会导致空气的离解和电离,再入体表面的防热材料也会被烧蚀,再入体因此被这种高温、峰值电子密度为1013101 6cm-3的电离层包围。这个电离层又称为等离子体鞘套,它会对电磁信号的传输以及电磁散射特性产生重要的影响。本文以无线电衰减测量实验(RAM)中的钝头锥体模型(代号RAM C-II)为主要研究对象,研究内容可分为两大部分,第一部分为对Navier-Stokes方程进行了数值求解并得出再入体的流场数据;第二部分则计算了各种不同因素变化下再入体电磁散射数据,分析了等离子体鞘套对再入体电磁散射特性的影响。对于再入体流场部分,本文选择双温度模型来描述粒子热力学状态,并采用Park的7组分化学反应模型来描述气体各组分的离解、电离过程。采用带化学源项的Naiver-Stokes方程组描述再入体在再入过程中其周围出现的热化学非平衡绕流流场,并利用通量差分分裂数值方法求解方程。本文针对RAM C-II的实验数据进行了相同飞行状况的模拟计算,模拟结果与实验数据吻合良好,验证了流场计算的可靠性。本文还模拟计算了RAM C-II在不同飞行状态下的流场参数,研究了飞行高度、飞行速度对流场参数的影响。对于电磁散射部分,首先分析了不同飞行状态对再入体流场的等离子体频率及碰撞频率的影响,并利用数值模拟得到的流场数据计算获得了不同状态下的等离子体鞘套的介电参数。针对流体网格与电磁网格的差异,本文介绍了一种网格信息转换的方法,将流体网格上的相对介电常数数据转换到电磁网格上。最后本文计算了目标的雷达散射截面,研究了等离子体鞘套对散射特性的影响。本文还对比了了不同飞行状态、不同入射波频率以及不同角度下的雷达散射截面,研究了这些因素对再入体散射特性的影响。