电磁波在非均匀有损耗再入等离子鞘层中的传播

本文从分层模型出发,采用不变量镶嵌原理,给出了分析再入等离子鞘层中电磁波传播特性的理论方法,计算了电磁波的功率透射和功率反射系数。理论结果与飞行实测数据相符。本方法的优点是:物理概念清晰直观,公式简明,通用性强,计算程序适用于鞘层具有任意厚度、电子密度和电子碰撞频率具有任意分布形式以及任意多分层的情形。     

非均匀等离子鞘套中电波传输的近似计算

本文主要研究电磁波在不均匀等离子体鞘套中传播的一些近似计算方法。其中一些方法是采用逼近均匀等离子体鞘套中传播特性作出的,其结果和文章[1]作了对比,数据十分接近,但机时却减少了1/50。     

等离子体鞘套对飞行器再入过程信号传播特性的影响分析

再入飞行器表面所形成的等离子体鞘套会对通信信号的传播产生影响,甚至形成通信黑障。文章从电磁波在等离子体中的传播理论出发,分析建立鞘套对电磁波吸收和反射的数学模型;并以数学模型为基础,编制面向对象的计算软件,考察影响通信信号传播特性的各种因素。结果表明,等离子体鞘套内的电子密度及其分布对通信信号的传播特性有重要影响,减小等离子体密度可显著降低信号的衰减。     

太赫兹波在等离子鞘套中的传播

文章介绍了平面波斜入射到不均匀非磁化等离子体时的散射矩阵方法,并用这种方法分析了等离子鞘套中太赫兹信号的传播特性;计算了鞘套的反射,透射与群时延。计算结果表明,在低碰撞频率时,鞘套的高通特性显著,随着碰撞频率的增加,鞘套的反射与透射系数随频率的变化趋于缓和;总体上等离子体的入射波频率的增加,有利于电磁波的透射。     

等离子鞘套热力学波动对电磁波传播的影响

针对等离子鞘套热力学波动造成电磁波传播特性变化的问题,结合湍流理论、等离子理论和电磁波传播理论,得到了热力学参数波动与介电常数间的关系。计算了不同状态下热力学参数波动引起S和Ka波段电磁波透射和反射系数的变化。结果表明,当电子密度增大,S波段反射系数变化减小、透射系数变化增大;当Ka波段在碰撞频率10MHz时,反射系数变化增大、透射系数变化减小,在碰撞频率1GHz和50GHz时透射系数变化反射系数变化先增后减。不同高度下波动的影响也不同,S波段透射和反射系数变化随高度升高先减后增;Ka波段透射系数变化先减后增、反射系数变化先减后增而后再次减小。因此,应根据实际环境状态获得波动的包络范围,进而针对性开展测控通信系统设计。     

再入参数调整对登月航天器返回再入特性的影响

首先分析了再入参数调整对登月航天器返回再入运动特性的影响;然后利用自主编制的仿真软件,对再入参数调整的影响进行了仿真分析;最后在深入分析仿真结果的基础上,研究了再入参数变化对航天器再入过载、航程、飞行时间及落点散布等的具体影响规律,为后继进一步开展载人月球飞行相关任务的分析设计提供了有益参考。     

移动通信系统电波传播损耗的可行性简化计算

根据我国已建成移动通信系统的实际条件和特点,简化了传播损耗的计算,并给出了较具体的结果,为一些有关设计提供了一定的便利。     

陆上超短波无线电遥控遥测系统的电波传播

本文综合有关研究成果,提出一种球面大地上传播的计算方法。经电波传播实验验证,这种计算方法可以用来设计超短波无线电遥控遥测系统。     

再入飞行器脉动压力环境特性分析

文章通过数值求解球头单锥飞行器绕流流场结构,利用均方根脉动压力系数、功率谱密度和窄带空间相关系数3个统计参数分析飞行器湍流附面层脉动压力环境特性,为飞行器结构改进设计提供依据,并为飞行器环境条件加载位置、加载密度等参数的确定提供参考。研究结果表明,脉动压力强度沿流向逐渐减小,压力脉动能量主要集中在比湍流附面层脉动特征频率小的频域内;脉动压力空间相关性沿流向逐渐增强,其衰减能力随间隔距离的减小而增加,符合脉动压力的传播和衰减特征。     

航天器跳跃式返回的再入动力学特性仿真

深空高速再入返回是航天返回技术面临的新问题。研究采用跳跃式返回方式解决高速再入产生的高过载、高热流峰值问题。建立了完整的航天器再入大气层飞行动力学模型;依据航天器跳跃式返回飞行剖面和返回飞行的运动特性,将再入大气过程划分为初始再入段、初次再入下降段、初次再入上升段、大气层外飞行段和二次再入段,详细研究了各飞行段航天器的动力学特性,简要分析了各阶段的制导任务。通过分析仿真结果,初步摸清了航天器深空飞行跳跃式再入动力学特性。     

基于碱金属辅助电离的等离子鞘套模拟方法

为解决再入过程中通信黑障与探测异常问题,对等离子体鞘套地面模拟方法进行了研究。以RAM C-II 飞行试验为依据,计算了等离子体鞘套的参数范围。分析现有模拟设备,概括提出了高焓低速风洞的模拟方案,选取相适应的放电方式,并对流量功率进行了计算。针对高温环境对电磁设备造成损坏以及所需功率难以实现的问题,提出添加碱金属的解决方案,并进行了试验验证。试验结果表明,添加碱金属可以使电子密度提升约一个数量级。对方案效果进行评估,预期功率需求降至兆瓦量级。     

时变等离子鞘套相位抖动对GPS导航的影响

飞行器再入过程中产生的时变等离子鞘套会引起信号的时变衰减和相位抖动,其产生的相位抖动对调相体制的GPS导航系统必然产生影响。探讨了时变等离子鞘套引起信号相位抖动的机理,通过传输矩阵法计算了由时变等离子鞘套引起GPS导航信号的相位抖动的统计特性,结合Hilbert方法建立了受到相位抖动影响的GPS信号模型,研究了黑障发生前等离子鞘套的相位抖动对GPS导航的影响。仿真结果表明GPS导航受到影响的程度和相位抖动方差大小密切相关。在NASA数据下相位抖动方差为0.1142时,定位变化大于10m的最大比例超出了1.5%,大于5m的最大比例超出了14%。     

升力式再入的三维再入走廊与再入界面窗口

针对升力式再入飞行任务设计对地理信息的需求,提出了以“来路走廊”和“去路走廊”为代表的“三维再入走廊”概念,重新定义了“再入界面窗口”概念。其中,“再入界面窗口”解决了“已知着陆点,估计初始再入点的可行地理区间”问题;“三维再入走廊”则系统、直观地揭示了升力式再入飞行器对“临近空间”多重大气层的覆盖能力及其整体变化趋势。求解算法使用高精度积分律的直接配置非线性规划法,配合无奇异的数学模型,可满足全球到达任务的设计需求。基于美国X-33和Advanced Guidance and Control (AGC)项目的测试任务数据,一系列算例检验了“三维再入走廊”与“再入界面窗口”概念的合理性。“三维再入走廊”有助于工程总体设计、军事指挥和商业空天交通指挥人员对类型化的升力式再入任务进行设计和分析;有助于高层决策人士对升力式再入的机动能力进行系统理解和直观把握。     

基于Orbiter的航天器升力式再入特性仿真

升力式再入是指航天器进入大气层时产生一定可控升力,对提高落点精度具有重要意义。为了研究升力式再入的动力学特性,采用Orbiter模拟器的应用程序接口,在其飞行动力学模型基础上,对航天器从低轨道升力式再入返回过程进行仿真。通过仿真试验,分析热流、过载、动压等参数的变化规律,初步摸清了升力式再入的动力学特性,并对升力式再入和弹道式再入仿真结果参数进行了比较和分析,结果表明升力式再入能很好解决过载和热流峰值高的问题。     

基于MISQP的再入航天器质量特性配平设计

为解决某再入航天器质量特性配平过程中质量、质心、惯性矩及惯性积等多个约束条件相互耦合的问题,文章建立了再入航天器配平设计优化问题的数学模型,采用基于混合整数序列二次规划(MISQP)的优化方法获得配平设计最优解,以最小的配平用量同时满足了质心位置、惯性矩和惯性积等复杂质量特性的约束,并与测试结果进行了对比,结果表明设计值与实测值基本一致。文章提出的配平设计方法可为各类航天器的配平布局优化提供借鉴。     

类Clipper再入返回飞行器气动特性分析

针对类Clipper再入返回飞行器的气动特性,采用近似反设计的方法,在飞行器外包络等约束条件下,通过形状控制函数,计算出类Clipper飞船的气动外形。基于计算流体动力学(CFD)数值模拟方法,研究分析类Clipper再入返回飞行器在不同高度、不同马赫数和不同攻角下的全空域/速域气动特性变化规律,并结合不同飞行状态下的压心位置探讨飞行器的稳定性。结果表明:类Clipper再入返回飞行器在不同飞行状态下能够具有良好的气动特性,最大升阻比可达1.1以上,属于中等升阻比再入,总体呈现出良好的静稳定性,可在未来作为具有可重复使用再入返回飞行器的方案之一。     

三维抛物方程的误差分析及其在电波传播中的应用

抛物型方程(PE)是目前预测复杂环境下电波传播特性的主要方法。首先对抛物型方程推导过程中伪微分算子Q的五种近似处理产生的误差进行详细分析与仿真。结果表明,Q采用Pade-(1,1)近似和Feit-fleck近似相对误差较小,处理效果更理想。然后计算自由空间中电磁波的传播衰减,其结果与经典理论计算值相吻合,验证了宽角PE算法的精度和可靠性。     

空间飞行器在火星再入环境下的气动力特性

面向未来空间飞行器工程设计的需要, 针对火星再入环境, 发展类探险者号外形在不同火星 轨道点的气动力特性预估方法。连续流区采用Navier\|Stokes方程数值解, 自由分子流区 采用工程计算方法, 并通过桥函数预估过渡流区的气动力。以地球大气再入环境的计算结 果验证了算法的有效性, 进而在火星再入环境下, 数值分析了空间飞行器的气动力及其绕流 流场的特性。
     

半刚性机械展开式再入飞行器气动特性研究

半刚性机械展开式再入飞行器具有受整流罩包络约束小、运载效率高、减速效果好等优点,具有广泛的应用前景。文章基于计算流体力学方法进行了不同马赫数及迎角下飞行器的流场数值计算,分析其流场特性及气动力、气动力矩,结果表明:由于粘性作用,飞行器背部有较明显的涡产生。随着马赫数的增大,气流压缩性效应更加显著,涡的范围变小,超声速情况下弓形激波离物面距离减小;迎角增大导致飞行器前端面驻点位置变化,为保证驻点位置位于刚性头锥上,飞行器再入时的迎角范围应在±20°范围内。迎角为0°和180°时,阻力系数大,迎角在90°附近时,阻力系数最小;飞行器质心在对称轴上时,在0°~180°范围内存在3个俯仰力矩系数为0的点,其中0°和180°为静稳定点,另一个为静不稳定点。文章的研究结果对半刚性机械展开式再入飞行器的设计及分析有一定参考意义。     

高超声速飞行器等离子鞘套相关问题研究与展望

主要对高超声速飞行器等离子鞘套的国内外研究现状进行了跟踪、分析和研究,深入剖析了等离子体流场分布特性、电磁波在等离子体中的传输特性、在线诊断等技术难点,分析并尝试给出后续研究应关注的重点方向。