平衡流場的再入飛行器電磁散射特性分析(編輯修改稿)
2024-09-03 15:24 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 對(duì)任何化學(xué)平衡混合氣體,求解其化學(xué)組份時(shí),首先需查明此化學(xué)系統(tǒng)包含的組元個(gè)數(shù)及元素個(gè)數(shù)(電子也當(dāng)作一個(gè)單獨(dú)的元素)。如果混合氣體含有M個(gè)組元和N個(gè)元素,則應(yīng)有MN個(gè)獨(dú)立的化學(xué)反應(yīng)方程和相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù),其余N個(gè)方程為Dalton分壓定律和元素守恒定律(包括電荷守恒定律)。這樣,通過M個(gè)獨(dú)立方程可以求解各組元分壓,由各組元分壓,可得到混合氣體中M個(gè)平衡組元的摩爾分?jǐn)?shù)為 (2)式中,和分別是第個(gè)組元的摩爾分?jǐn)?shù)和分壓。、和分別是混合氣體密度、通用氣體常數(shù)和混合氣體溫度。由此可以得到流場的電子數(shù)密度分布等信息。二、再入飛行器周圍等離子體的電磁散射建模方法。本文采用移位算子FDTD方法對(duì)等離子體的電磁散射進(jìn)行理論建模。該方法是通過差分近似引入離散時(shí)域移位算子直接得到時(shí)域和離散時(shí)域之間的算子過渡關(guān)系。當(dāng)頻域本構(gòu)關(guān)系可以表示為有理分式函數(shù)時(shí),首先將其過渡到時(shí)域,再轉(zhuǎn)換到離散時(shí)域,進(jìn)而導(dǎo)出從D到E的遞推計(jì)算公式。從E到H和從H到D的遞推公式與基本FDTD方法相同。由于等離子體的介電常數(shù)?？梢詫懗捎欣矸质降暮瘮?shù),因此該方法特別適合于計(jì)算含等離子體目標(biāo)的電磁散射。對(duì)頻域中介質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系,若相對(duì)介電常數(shù)可以寫成如下有理分式函數(shù)的形式 (3)則有 (4) 根據(jù)傅里葉變換中頻域到時(shí)域的轉(zhuǎn)換關(guān)系，并引入移位算子,得到離散時(shí)域本構(gòu)關(guān)系，當(dāng)N=2時(shí),由移位算子的定義,可得 (5)根據(jù)式(5)即可完成從D到E的迭代,進(jìn)而求解電磁場分布。三、再入飛行器低頻電磁散射特性計(jì)算與分析。為了驗(yàn)證本文所用的流場計(jì)算方法的準(zhǔn)確性,計(jì)算了某目標(biāo)再入時(shí)等離子體尾流電子密度分布情況,并與同一條件下爆轟驅(qū)動(dòng)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)得到的測量結(jié)果進(jìn)行了比對(duì),如圖1所示。從圖1中可以看出,計(jì)算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果吻合較好。圖1某目標(biāo)再入時(shí)等離子體尾流電子密度分布結(jié)果比較利用前面所述的考慮真實(shí)氣體效應(yīng)情況下等離子體流場的計(jì)算方法,以簡單的錐球形目標(biāo)(見圖2
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