平衡流場的再入飛行器電磁散射特性分析-文庫吧
2025-07-23 15:24 本頁面
【正文】 率，即 (1)式中,。N為等離子體中自由電子密度,e為電子電量。m為電子質(zhì)量。為真空中介電常數(shù)。由此可見,在對再入飛行器進行電磁散射建模時,必須首先計算得到飛行器周圍等離子體的流場特性,如內(nèi)部自由電子密度等。當(dāng)飛行器以超音速再入時,穩(wěn)定的空氣被排擠開,但由于空氣是按音速傳播壓力,因此被排擠的空氣以高于音速的速度被強行擠壓而形成激波?？諝馐艿郊げǖ膹娏覊嚎s和粘性的劇烈摩擦,激波層內(nèi)的溫度迅速升高,可達數(shù)千度,駐點區(qū)域甚至達到10 000 K以上。在如此高的溫度條件下,空氣內(nèi)部中不僅分子的平動能、轉(zhuǎn)動能被激發(fā),甚至振動能也將被激發(fā),而且還會發(fā)生氣體分子的離解和電離,氣體成分亦隨之發(fā)生變化,空氣呈等離子狀態(tài),這種現(xiàn)象稱為真實氣體效應(yīng)。真實氣體效應(yīng)不僅直接影響飛行器的氣動特性和熱負荷,而且還對流場的光電特性產(chǎn)生重要影響。在常溫常壓下,若不計微量元素,可以認為空氣由和兩種成分組成。然而,在高溫(如溫度為2 000 K~10 000 K的范圍內(nèi))下, 和將發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后,空氣成為多組元的混合氣體。針對不同的工程應(yīng)用目的,選擇空氣混合氣體組成成分的方法往往不同。對再入尾流的光、電特性的研究而言,較合理的方案是選擇以下組元的化學(xué)成分:,,, ,。在高超聲速飛行器的流場計算中,必須考慮流動的物理化學(xué)狀態(tài)。根據(jù)流動的物理化學(xué)狀態(tài)的不同,可以將高溫流動分為凍結(jié)流動、非平衡流動和平衡流動三類。由于本文的研究條件是30 km的高度和3 km/s~5 km/s的速度,其基本處于平衡狀態(tài)。因此,可以近似用化學(xué)平衡模型來對整個流場開展分析。在熱力學(xué)平衡狀態(tài)下,氣體的密度、溫度、壓力、內(nèi)能、焓、熵這六個特性參數(shù)中,任意兩個可以視為獨立變量,其余特性參數(shù)則可以通過實驗或理論由這兩個獨立變量來確定。由氣動熱力學(xué)可知,平衡氣體的化學(xué)組分僅與兩個獨立狀態(tài)變量有關(guān),而與發(fā)生反應(yīng)的過程無關(guān)。當(dāng)氣體的狀態(tài)參數(shù)確定時,其組份也相應(yīng)地被確定。在給定壓力P和溫度T的條件下,若經(jīng)過足夠長的時間達到化學(xué)平衡狀態(tài),那么此時組元有各自確定的數(shù)量。顯然,各組元的數(shù)量是壓力P和溫度T的函數(shù)。
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