利用FDTD法分析再入过程时计算区域入射波的引入

飞行器再入时形成的等离子体鞘套影响通信和雷达探测。利用FDTD方法分析等离子体鞘套与信号的相互作用具有精度高、算法简便和可移植等优点,但因其需要大量计算机资源,所以现阶段还只能分析某些特征部分的电磁学特性。利用有限计算机资源模拟电磁波在无限空间中的传播,需要一个恰当的一维辅助数组来实现等离子体层和飞行器表面的区域分割并将平面波引入到三维计算空间中。先在一维中编程实现,利用解析方法验证了一维程序的正确性,并利用一维辅助数组将编程推广到三维计算空间中。     

“航天飞行器力热等耦合环境评价与防护技术研究”专题序言

正新型航天飞行器服役条件更加恶劣,如针对高超声速飞行、星际再入飞行等新的需求,飞行器在临近空间长航时高速飞行或再入大气层时,所经受的气动热环境较其他更为恶劣;大型复杂在轨航天器由于太阳辐照和空间冷黑背景影响,会导致轻质低刚度结构热致振动和不稳定。耦合效应更加显著,涉及多尺度、多物理场、多过程的耦合问题。航天飞行器力热等耦合环境评价与防护技术研究成为越来越重要课题。     

太赫兹波斜入射均匀非磁化等离子中传输特性研究

目的 研究太赫兹波斜入射均匀非磁化等离子体中的传输特性。方法 根据分层介质中的电磁波传播理论,给出了等离子中太赫兹波的功率反射和透射系数,分析了太赫兹波频率、入射角、等离子体的碰撞频率和电子密度对太赫兹波传输特性的影响。结果 垂直入射时,模型结果与已有文献结果一致;斜入射时,入射角度增大,反射系数增大,透射系数变小。太赫兹波频率增大,反射系数减小,透射系数起初快速增大,而后变得平缓。等离子体的电子密度增大,透射系数减小,碰撞吸收增大,太赫兹波衰减增大。结论 入射角变大,反射率增大。太赫兹波频率较低时,入射角对透射率影响明显。     

THz波斜入射非均匀磁化等离子体的衰减特性研究

目的 研究太赫兹波在非均匀磁化等离子体中的衰减特性。方法 运用WKB近似法分析太赫兹波斜入射非均匀磁化等离子体后的衰减特征。结果 当入射角度增大时,衰减增大;当碰撞频率增大时,衰减变小;外加磁场强度增大时,衰减的最大值向着太赫兹波频率较高的方向移动;电子密度峰值增大时,衰减增大。结论 可以通过调节外加磁场强度、等离子体电子密度和碰撞频率,使得太赫兹波在等离子体中传播的过程中衰减发生变化,为太赫兹雷达反等离子体隐身技术提供重要参考。     

"临近空间服役环境及其与飞行器材料的耦合研究"专题序言

正临近空间飞行器包括大尺度的低速/亚声速浮空器和高升力、低阻力气动外形的超声速/高超声速飞行器,其发展可满足国家军事战略装备的需求,也起到带动国家民用科技强劲发展的作用。在温度、压力、太阳辐照和臭氧含量等多种临近空间服役环境因素条件下,临近空间飞行器表现出复杂的结构/材料与环境耦合效应,对飞行器及其分系统长时间     

高超声速飞行器主动式气膜冷却防热技术研究

目的针对未来高超声速飞行器(飞行速度20 Ma),提出一种主动式气膜冷却防热技术,并计算验证其有效性。方法通过求解三维N-S方程组,采用PARK-1的5组分(N2,O2,N,O,NO)17方程有限速率化学反应模型,考虑了真实气体效应;针对典型的钝头体外形,在头部驻点处构造单个气膜冷却微孔,向外喷射冷却气体,计算了飞行马赫数为20、高度在30 km以下的气膜冷却效率。结果与无气膜冷却相比,有气膜冷却时,气膜孔附近等温壁面(300 K)热流密度的最高降幅约90%,冷却气体有效覆盖面积可达到约孔出口面积的10倍。结论气膜冷却在未来高超声速飞行器防热中具有广阔的应用前景。     

高超声速飞行器异型气膜孔无喷流热增量研究

目的获取高超声速飞行器气膜孔不喷流时的热负荷增量。方法通过计算流体力学(CFD)方法针对典型高超声速飞行器50km、飞行马赫数为15条件下的无开孔、有开孔气膜冷、有开孔无喷流3种工况开展壁面热流分布研究。结果无开孔的最大热流分布在头部滞止点附近,约为2.2 MW/m~2,有气膜冷却的工况热流最高值在侧面气膜孔没有覆盖到的部位,约为1.4 MW/m~2,有异型孔但是不喷流的工况,热流密度最大值主要分布在开孔附近,最大值大于3.3 MW/m~2。结论对于在高超声速飞行器表面开孔采用气膜冷却方式冷却时,如果由于某种原因气膜孔不喷流,那么在孔的附近乃至整个滞止区域附近的热流负荷将会大幅度升高。     

临近空间大气环境特性监测与研究

随着临近空间飞行器的不断发展和运用,作为武器装备和系统环境的临近空间大气特性成为作战保障的重要条件.结合临近空间飞行器的应用需求,对临近空间的特点、大气环境监测和研究的相关问题进行了综合性分析,为开展临近空间环境信息保障和服务提供参考.     

再入飞行器超高温陶瓷防热应用研究

目的探索尖锥外形高超声速飞行器超高温陶瓷防热设计约束要求。方法基于计算流体力学有限体积数值求解方法研究高超声速层流状态尖锥形飞行器的气动热环境,通过不同攻角下热流及辐射平衡温度分布规律研究获得防热设计约束要求。针对典型尖锥飞行器超高温陶瓷防热设计要求开展几何尺寸、攻角范围影响研究,最后探讨超高温陶瓷高性能热导率对防热设计影响。结果尖锥飞行器高热流仅限于驻点附近很小的区域,迎风面热流随着攻角增大迅速提高。满足防热设计约束的极限飞行攻角与端头长度呈正比,端头长度增加0.1m,极限攻角增大10°。超高温陶瓷热导率对端头防热设计影响较大,随着材料热导率增大50%,驻点辐射平衡温度降低205 K,端头连接结构温度增大50 K。结论尖锥体超高温陶瓷端头防热设计的重要约束指标为端头连接结构温度限制,设计时需要合理优化飞行攻角剖面,选取热导率性能适中的材料。     

临近空间环境及环境试验

从热力学结构、大气成分特征、大气电磁特性等方面介绍了临近空间环境参数,按照临近空间飞行器的平均密度、飞行速度、飞行高度介绍了临近空间飞行器的分类及特点。阐述了临近空间环境试验的方法,并对临近空间环境试验技术的发展提出了初步建议。     

高层天台移动通信天线电磁辐射影响水平探讨

监测并分析移动通信基站在高层建筑天台架设的定向天线对周围环境的电磁辐射影响水平,探讨高层建筑天台电磁辐射环境的污染防治对策。     

太阳电池阵等离子体环境下功率泄漏试验研究

目的确定太阳电池空间等离子环境下的功率泄漏特性参数。方法在地面模拟等离子环境下,测量太阳电池阵收集电流随偏置电压的变化规律,再根据计算模型估算太阳电池阵空间环境下的功率泄漏数值。结果太阳电池收集电流随偏置电压的增大而增大,达到一定阈值后,发生收集电流突变现象,实际测试电流值大于100 mA,功率泄漏百分比大于14.3%。辉光放电伴随收集电流突变过程,等离子体鞘层从太阳电池的导体部分扩展到介质部分;收集电流突变发生后,测量电池暗特性,未发现明显损伤。结论针对未来高电压大功率太阳电池阵,应采用功率泄漏试验,检验其功率泄漏特性,建议综合考虑多方面的因素规避发生收集电流突变风险。     

基于LabVIEW和Arduino的无人机辐射监测系统设计与实现

目的克服传统环境核辐射监测的局限性,设计一种搭载GM计数管的固定翼无人机进行高空远距离环境核辐射剂量率监测的系统。方法系统通过编程简单、拓展强等开发特点的Arduino单片机完成探测器的硬件设计,同时利用LabVIEW的强大VISA通讯模块实现地面站的设计,最后借助无人机自驾仪Pixhack以实现对无人机稳定可靠控制。结果系统地面站操作界面简洁,测量数据图表直观。探测器对于放射源具有较好的计数响应。Pixhack对飞行平台有良好的稳定和控制作用。结论系统借助GM计数管作为辐射探测器探头,能够完成高空远程辐射监测任务,在结构设计仍具有很大的拓展空间,可满足日常环境核辐射本底剂量率普查,以及核应急、大范围辐射监测、远程辐射监测等任务。     

飞行器防空间静电放电设计和试验技术

结合某飞行器的特点,以及产品在轨飞行期间遭遇的空间静电放电(SESD)环境,研究了在没有可借鉴的条件下,如何通过分析提出大型天线及本体的空间静电放电防护设计目标,根据产品实际情况设计了分段实施的措施,运用等效理念设计了试验子样和测试方案,策划了设计元器件、原材料、天线系统、飞行器等不同层面的试验验证技术和方法.     

航天器结构声振耦合问题的有限元-边界元方法数值仿真研究

针对高超声速、结构轻量化带来的航天器复杂结构声振耦合动力学环境难以精准预示问题,提出一种基于有限元-边界元(FEM-BEM)方法的声振耦合问题数值仿真方法。分析国内外求解声振耦合问题的主要数值仿真方法,从影响航天器性能设计的低中频声振耦合动力学特性入手,采用有限元-边界元方法,以航天器典型结构截锥壳为研究对象,开展混响噪声作用下的声振耦合研究。建立了声振耦合模型,获得了主体结构、主要支撑结构及设备的声振耦合响应。提出的数值仿真方法和仿真分析过程,为航天器声振耦合分析提供了理论基础和仿真手段。