电弧放电等离子体对超声速边界层影响的数值模拟

基于电弧放电等离子体热阻塞机理,对等离子体超声速流动控制过程进行了数值模拟,研究了等离子体对边界层的影响,分析了放电区大小、温度等对其作用效果的影响。结果显示：在高温等离子体放电区的上下游近区发生了边界层分离及漩涡运动;在放电区内有两种边界层,即高温等离子体与外界低温气流之间的温度边界层和气流与壁面之间的粘性边界层;放电区内形成漩涡运动的原因有两个,即内外压差和边界层分离;上游边界层的分离点y轴坐标随温度的增大而减小;增大来流速度,放电区上游分离点y轴坐标呈先增大后减小的趋势、放电区内漩涡运动加剧、下游近区边界层分离点y轴坐标减小。     

等离子体电磁信号多维度特征测量系统研究

为进一步研究等离子体鞘套特性及其对电磁波传输的影响,研制等离子体电磁信号多维度特征测量系统。系统可在地面实验环境中对高速目标等离子体下通信信号进行多维度特征测量,分析信号传输衰减、相位畸变等特性。系统完成Ka测控通信频段等离子体透射测量实验,验证多维度特征测量系统宽带测量、大动态微弱信号的检测能力。对采集的数据进行分析,初步验证等离子体对通信信号的衰减和相位特性的影响。     

临近空间地面模拟装置等离子体源仿真研究

为了指导临近空间地面模拟装置中等离子体源结构设计及等离子体环境参数优化，围绕相关指标体系要求，采用数值模拟方法，分析临近空间等离子体环境地面模拟装置中的射流等离子体与下游目标模拟体相互作用。通过研究射流入口处等离子体状态与下游等离子体对钝体包覆效果的依赖关系，明确了影响包覆特性的关键等离子体参数、重要外控参量，及其对下游目标模拟体包覆特性的影响规律。仿真结果表明：相对于其他因素，射流入口的半径、气体流速、速度偏角、气体温度、钝体直径、环境背压等工况对有效实验区长度及厚度参数的影响较大。相关结果对于临近空间等离子体环境地面模拟装置中等离子体源优化设计及等离子体环境参数定向调控具有指导和借鉴意义。     

任意角入射到非均匀等离子体的WKB法

用WKB法研究了以任意角入射的电磁波在非均匀非磁化等离子体中的衰减特性,给出了电磁波在非均匀非磁化等离子体中的双程衰减公式。选用抛物线型等离子体密度分布进行计算,基于等离子体共振吸收概念分析了双程衰减与入射电磁波频率、等离子体碰撞频率、等离子体最大密度和电磁波入射角等的关系。对等离子体隐身研究有一定的参考价值。     

临近空间高超声速飞行器黑障问题研究综述

首先对国内外黑障问题研究历史进行了回顾,然后从等离子体鞘套形成机理和基本特征、电波传播机理及信道特征等方面阐述了高超声速飞行器黑障问题的成因。随后,着重介绍了等离子体流场和电波传播数值模拟方法并分析了方法的适用性。进一步对等离子体地面模拟方法和诊断技术进行了概述,并对国内外地面黑障实验结果进行了详细分析。在此基础上,针对临近空间高超声速飞行器的特点,采用层次分析法(AHP)对现有黑障消除技术进行了评估,给出了目前工程实用方法、近期可能实现的工程实用解以及未来具有应用潜力的消除技术。最后,对黑障问题后续研究方向提出了几点建议。     

静电探针法对等离子体参数的测定

静电探针(又称朗谬尔探针)是最早被用于等离子体的诊断工具,它是在等离子体密度和温度比较低的情况下测定等离子体参数的基本方法。文章利用等离子体环境地面模拟设备,采用静电探针的方法,对等离子参数进行测定。并给出了模拟环境的测量结果,分析运行气压及微波功率对等离子体密度的影响。最后通过均匀性及稳定性测试,证明该等离子体地面模拟设备可以满足比较均匀的等离子体环境。     

空间环境对无线电波传播的影响综述

文章研究了空间环境对无线电通信的影响,主要体现在多种因素制约下的等离子体环境对电波传播的影响。首先介绍了几种典型的电离层模型,接着详细讲述了工程实用电离层模型;随后给出了电磁波在等离子体环境中的传播路径和等离子体介质在磁场环境下对电磁波影响的定量分析,并建议将空间等离子体环境（包括星际等离子体环境和电离层等离子体环境等）作为一个整体进行研究,来考虑地磁场对等离子体电磁特性的影响;最后基于目前理论的不足与实际需求的矛盾,探讨未来的研究方向。     

两种翼型螺旋桨ARA-D和S1223的等离子体增效实验研究

文章首先基于雷诺相似理论,在地面螺旋桨实验平台上开展ARA-D翼型螺旋桨微秒脉冲等离子体增效三维实验,结果表明,等离子体对螺旋桨拉力增效效果随着脉冲频率增加而减弱,而螺旋桨转矩受等离子体影响随拉力增效效果增加而减弱,拉力、效率最大增幅分别达到10.79%、11.56%。而后基于雷诺相似理论及叶素理论,在低湍流度风洞开展S1223翼型螺旋桨叶素微秒脉冲等离子体增效二维实验,结果表明等离子体激励提高了翼型各叶素拉力,其中根部与尖部叶素表现尤为明显。二维实验结果可为三维实验激励器展向排布方案提供理论依据。2种实验结果均表明,等离子体射流可以有效抑制翼型表面流动分离。     

Geocorona of Hot Plasma

This review deals with basic results of experimental and theoretical studies (numerical simulations included) of the distributions, composition, and dynamics of particles of a hot plasma in the geomagnetosphere. Attention is drawn mainly to the ring current and the plasma sheet of the magnetotail, which play a key role in physics of the magnetosphere. The integrity (unity) of the system outer radiation belt–ring current–near plasma sheet is substantiated (the concept of a hot plasma geocorona). From the viewpoint of this concept, the physical processes and theories are considered that were suggested in order to explain the structure and dynamics of the hot magnetosphere plasma. An emphasis is made on disputable issues and topical problems so far unsolved.     

基于Langmuir探针技术的空间等离子体探测方法

阐述了Langmuir探针测量空间等离子体的基本原理和方法。分析了利用Langmuir探针在空间等离子体探测应用中航天器、空间环境对探针表面污染、探针自身和其他因素对测量的影响。介绍了一种基于探针与空间等离子体同电位的等离子体电位和密度的探测方法,并给出测量原理和探针结构。     

大气中激光等离子体通道的传播特性分析

对大气中激光等离子体通道的传播终端特性进行了研究。建立了大气中激光等离子体通道的近似电磁模型,基于圆柱坐标系中纵向分量所满足的波动方程,给出了纵向场与横向场的关系,由边界条件导出了大气中激光等离子体通道的特征方程。特征方程的数值解获得了相应色散曲线。     

一种2π视场高分辨热等离子体分析仪设计与仿真

针对空间热等离子探测中大通量动态范围、宽视场和高分辨率的需求,以带顶盖球形静电分析器为基础设计了2π视场热等离子体分析仪(Hot plasma analyzer, HPA),探测性能得到显著提升。通过优化球形剖面视场偏转系统以及粒子光学系统,实现对热等离子体的2π视场高角度分辨率探测,可探测能量范围覆盖50 eV~20 keV,能量分辨率优于10%。利用顶盖电压控制方式实现几何因子在两个量级内连续可调,可以满足对太阳风和磁层热等离子体的全空间高分辨探测需求。     

用于新型雷达/红外无源复合诱饵的等离子体参数选择

根据电磁波在分层介质中阻抗匹配原理,计算了非均匀非磁化等离子体平行与垂直极化波的功率反射系数。基于碱金属盐的高温电离特性,以功率反射系数为研究对象,对雷达无源诱饵用等离子体的厚度、温度和电子密度分布等参数选择进行了分析,并根据所选择的参数讨论了入射角对无源诱饵应用的影响。     

等离子体天线的原理及特性

根据等离子体柱天线的系统构成,分析了等离子体柱天线的基本工作原理,讨论了表面波在等离子体柱天线中的传播特性、等离子体柱内的电子分布,以及天线的长度、噪声与辐射特性。分析表明：表面波能激发和维持等离子体柱,等离子体柱可构成等离子体天线,且具易隐身、可控性等优点。     

等离子体在军事上的应用

简要介绍了等离子体的特性及其在现代战争中的应用。着重讨论了等离子体在隐身技术、巡航导弹防御中的应用 ,另外还分析了以等离子体作为动力的等离子体火箭和等离子体武器的原理。     

等离子体接触器对空间站充放电的影响

针对采用100V高压电池阵的空间站结构体带电现象,提出采用等离子体接触器进行主动电位控制方案,根据此方案建立包含接触器的空间站充放电等效电路模型,研究等离子体接触器对空间站充放电过程的影响及空间站结构因素对接触器钳位效果的影响,从而了解等离子体接触器与空间站悬浮电位的耦合特性。结果表明,无论空间站处于“快速充电”还是“正常充电”情况,等离子体接触器均能有效将空间站悬浮电位钳制在合理范围内。空间站结构因素中,电池阵暴露导体面积对接触器钳位过程影响较大,结构体暴露导体面积和结构体等效电容的影响可忽略。     

Plasma Cavern Structure in the Ionosphere F Layer at the Geomagnetic Equator according to the Kosmos 900 Satellite Data

The observational data on the plasma density and electron component temperature in the region of the geomagnetic equator in the ionosphere F layer are presented. The measurements have been conducted by scientific equipment onboard the Kosmos 900 satellite (on August 7, 1979). A plasma cavern was observed in this region. It is shown that the formation of the cavern may be related to the attenuation of the electrostatic plasma instability and plasma vortices in the upper ionosphere at the geomagnetic equator.     

无线电波在再入等离子体中传输的衰减模型及仿真验证

简要描述再入等离子体的流场特性和等离子体的电特性参数,从平面电磁波在无限大均匀等离子体层的传输出发,推导无线电波在均匀和非均匀等离子体中受到衰减的数学模型。结合美国RAMC飞行试验数据,利用衰减模型计算了25km~75km高度上信号的衰减值,通过与美国RAMC飞行试验结论的对比,验证了衰减模型的正确性。     

木星极光等离子体环境表面充电三维仿真分析

木星为太阳系内少有的强磁场行星,其等离子体环境十分恶劣,可对木星探测器造成严重的表面充电效应。文章采用有限元方法,借助COMSOL仿真软件,对航天器表面充电现象进行三维仿真,结合NASCAP-2k以及SPIS软件对比验证了GEO表面充电效应的模拟结果,证明了该仿真方法的有效性。对航天器在木星极光等离子体环境下的表面充电现象仿真分析结果表明,在木星背景等离子体环境中15RJ处,航天器表面充电电位较低,仅为平均-80 V左右;而在木星极光等离子体中,航天器表面充电电位最高可以达到-36.7 k V,CERS等材料表面充电电位差最大可以达到-16 k V,具有较高的放电风险。     

Turbulent fluctuations of plasma and magnetic field parameters in the magnetosheath and the low-latitude boundary layer formation: Multisatellite observations on March 2, 1996

The results of simultaneous analysis of plasma and magnetic field characteristics measured on the INTERBALL/Tail Probe, WIND and Geotail satellites on March 2, 1996, are presented. During these observations the INTERBALL/Tail Probe crossed the low-latitude boundary layer, and the WIND and Geotail satellites measured the solar wind’s and magnetosheath’s parameters, respectively. The plasma and magnetic field characteristics in these regions have been compared. The data of the Corall, Electron, and MIF instruments on the INTERBALL/Tail Probe satellite are analyzed. Fluctuations of the magnetic field components and plasma velocity in the solar wind and magnetosheath, measured onboard the WIND and Geotail satellites, are compared. The causes resulting in appearance of plasma jet flows in the low-latitude boundary layer are analyzed. The amplitude of magnetic field fluctuations in the magnetosheath for a studied magnetosphere boundary crossing is shown to exceed the magnetic field value below the magnetopause near the cusp. The possibility of local violation of pressure balance on the magnetopause is discussed, as well as penetration of magnetosheath plasma into the magnetosphere, as a result of magnetic field and plasma flux fluctuations in the magnetosheath.