等離子體鞘套是戰(zhàn)略導(dǎo)彈、飛船、空天飛機(jī)等高超聲速飛行器重返大氣層時(shí)普遍存在的再人現(xiàn)象,研究電磁波與等離子體鞘套的作用機(jī)理對(duì)于實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略導(dǎo)彈突防以及掌控高超聲速飛行器再人時(shí)所出現(xiàn)的通信中斷現(xiàn)象具有重要的軍事意義和戰(zhàn)略價(jià)值。作為一種新概念的飛行武器防御技術(shù),等離子體隱身技術(shù)在軍事領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,已成為世界各大國(guó)研究的熱點(diǎn)。等離子體鞘套能使幾乎所有頻段的無線電信號(hào)發(fā)生衰減,因而研究等離子體鞘套對(duì)電磁波信號(hào)的影響與研究等離子體隱身技術(shù)具有很強(qiáng)的相關(guān)性。
《高超聲速飛行器等離子體鞘套的電磁特性》旨在對(duì)再入等離子體鞘套的電磁特性開展理論研究。通過流體動(dòng)力學(xué)仿真,獲得再人體模型的高超聲速繞流流場(chǎng)特性,通過相關(guān)公式對(duì)各再人體模型的流場(chǎng)結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理,得到各再人體的等離子體鞘套電磁模型。在此基礎(chǔ)上,運(yùn)用改進(jìn)的電磁學(xué)方法研究電磁波在等離子體鞘套中的傳播特性(如吸收衰減效應(yīng),同極化或交叉極化透射、反射效應(yīng));并研究等離子體鞘套在不同條件下的散射特性及其對(duì)目標(biāo)本體散射特性的影響。
《高超聲速飛行器等離子體鞘套的電磁特性》內(nèi)容能為高超聲速飛行器突防設(shè)計(jì)、掌控再入通信中斷設(shè)計(jì)、高超聲速飛行器等離子體隱身技術(shù)等提供重要的理論依據(jù)和技術(shù)支持。
等離子體鞘套是戰(zhàn)略導(dǎo)彈、飛船、空天飛機(jī)等高超聲速飛行器重返大氣層時(shí)普遍存在的再人現(xiàn)象,研究電磁波與等離子體鞘套的作用機(jī)理對(duì)于實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略導(dǎo)彈突防以及掌控高超聲速飛行器再人時(shí)所出現(xiàn)的通信中斷現(xiàn)象具有重要的軍事意義和戰(zhàn)略價(jià)值。作為一種新概念的飛行武器防御技術(shù),等離子體隱身技術(shù)在軍事領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,已成為世界各大國(guó)研究的熱點(diǎn)。等離子體鞘套能使幾乎所有頻段的無線電信號(hào)發(fā)生衰減,因而研究等離子體鞘套對(duì)電磁波信號(hào)的影響與研究等離子體隱身技術(shù)具有很強(qiáng)的相關(guān)性。
本書旨在對(duì)再入等離子體鞘套的電磁特性開展理論研究。通過流體動(dòng)力學(xué)仿真,獲得再人體模型的高超聲速繞流流場(chǎng)特性,通過相關(guān)公式對(duì)各再人體模型的流場(chǎng)結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理,得到各再人體的等離子體鞘套電磁模型。在此基礎(chǔ)上,運(yùn)用改進(jìn)的電磁學(xué)方法研究電磁波在等離子體鞘套中的傳播特性(如吸收衰減效應(yīng),同極化或交叉極化透射、反射效應(yīng));并研究等離子體鞘套在不同條件下的散射特性及其對(duì)目標(biāo)本體散射特性的影響。本書內(nèi)容能為高超聲速飛行器突防設(shè)計(jì)、掌控再入通信中斷設(shè)計(jì)、高超聲速飛行器等離子體隱身技術(shù)等提供重要的理論依據(jù)和技術(shù)支持。
等離子體鞘套電磁特性的研究涉及熱力學(xué)、化學(xué)、等離子體物理學(xué)、電磁學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)等多門學(xué)科,具有相當(dāng)大的復(fù)雜性,有許多問題還需進(jìn)一步研究和完善,歸納起來主要有以下四個(gè)方面:
。1)準(zhǔn)確建模。等離子體鞘套散射特性的研究對(duì)象是微縮尺度的再人體模型,雖然建立微縮尺度模型的依據(jù)是氣動(dòng)物理特性相似規(guī)律,但是要把微縮尺度下的等離子體鞘套電磁響應(yīng)結(jié)果外推到真實(shí)尺度下的結(jié)果:同時(shí)帶壁面燒蝕效應(yīng)的高超聲速熱化學(xué)非平衡流的影響、磁化等實(shí)際情況都需要在建模中加以考慮。
。2)提高計(jì)算效率和計(jì)算精度。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,各種商業(yè)軟件和計(jì)算方法不斷涌現(xiàn),由于等離子體鞘套問題的復(fù)雜性,需要有快速高效的計(jì)算方法以及滿足精度的計(jì)算結(jié)果。
。3)試驗(yàn)驗(yàn)證。在研究電磁波與等離子體鞘套相互作用問題時(shí),利用有效的數(shù)值方法或準(zhǔn)解析方法進(jìn)行模擬是一種有效的分析手段,但是更重要的是要對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,表明仿真結(jié)果的有效性和準(zhǔn)確性。
第1章 綜述
1.1 等離子鞘套電磁特性的研究意義
1.2 等離子體鞘套電磁特性的研究方法
1.2.1 高超聲速流動(dòng)的計(jì)算方法
1.2.2 電磁波與等離子體作用的計(jì)算方法
第2章 等離子體鞘套的理論基礎(chǔ)
2.1 等離子體的基本特性
2.1.1 等離子體基本參數(shù)
2.1 -2等離子體的介電特性
2.1.3 等離子體的色散特性
2.2 等離子體鞘套的磁流體力學(xué)基礎(chǔ)
2.2.1 磁流體力學(xué)問題的解耦條件
2.2.2 氣體流場(chǎng)的基本概念
2.2.3 等離子體鞘套的流體特征
2.3 電磁波與等離子體的相互作用
2.3.1 高通濾波、相移及吸收衰減特性
2.3.2 磁化條件下的法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)及共振吸收現(xiàn)象
2.3.3 電磁波折射效應(yīng)
2.3.4 多普勒頻移效應(yīng)
第3章 高超聲速目標(biāo)熱化學(xué)非平衡流模擬
3.1 高超聲速熱化學(xué)非平衡流的CFD理論
3.1.1 熱力學(xué)溫度模型
3.1.2 化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型
3.1.3 熱化學(xué)非平衡流控制方程
3.1.4 計(jì)算方法與算例驗(yàn)證
3.2 再人體模型的建立
3.3 氣動(dòng)物理特性相似規(guī)律
3.4 微縮尺度模型
3.5 再人體繞流流動(dòng)模擬結(jié)果與分析
3.5.1 高超聲速鈍錐繞流流動(dòng)模擬
3.5.2 高超聲速球冠倒錐體繞流流動(dòng)模擬
3.5.3 高超聲速銳頭體繞流流動(dòng)模擬
第4章 等離子體鞘套電磁特性分析的時(shí)域有限差分方法
4.1 改進(jìn)的非磁化等離子體FDTD方法
4.1.1 改進(jìn)的非磁化等離子體SO-FDTD方法
4.1.2 改進(jìn)的非磁化等離子體ADI-FDTD方法
4.1.3 算法驗(yàn)證與分析
4.2 改進(jìn)的磁化等離子體SO-FDTD方法
4.2.1 改進(jìn)的基于任意磁偏角的磁化等離子體SO-FDTD方法
4.2.2 改進(jìn)的基于00磁偏角的磁化等離子體SO-FDTD方法
4.2.3 算法驗(yàn)證與分析
4.3 提升高階差分方程迭代計(jì)算效率的內(nèi)存優(yōu)化算法
第5章 電磁波在等離子體鞘套中的傳播特性
5.1 電磁波在等離子體鞘套中傳播的理論分析方法
5.1.1 傳播矩陣法
5.1.2 FDTD方法
5.1.3 有效性分析
5.2 等離子體鞘套電磁模型
5.2.1 等離子體鞘套電磁特性參數(shù)的提取
5.2.2 等離子體鞘套電磁特性參數(shù)的分布
5.3 電磁波入射到非磁化等離子體鞘套的傳播特性分析
5.3.1 觀察點(diǎn)位置變化對(duì)電磁波傳播特性的影響
5.3.2 入射角變化對(duì)電磁波傳播特性的影響
5.3.3 再入速度變化對(duì)電磁波傳播特性的影響
5.3.4 再入高度變化對(duì)電磁波傳播特性的影響
5.4 電磁波入射到局部磁化等離子體鞘套的傳播特性分析
5.4.1 磁場(chǎng)強(qiáng)度變化對(duì)電磁波傳播特性的影響
5.4.2 磁偏角變化對(duì)電磁波傳播特性的影響
5.4.3 再入高度及速度變化對(duì)電磁波傳播特性的影響
5.4.4 外加磁場(chǎng)分布特性對(duì)電磁波傳播特性的影響
……
第6章 等離子體鞘套的電磁散射特性
附錄
參考文獻(xiàn)