用于飞行器的强电离放电非平衡等离子体隐身方法研究

着重研究了等离子体临界电子密度、电子等离子体频率等参数对电磁波的折射、吸收、反射的影响。在此基础上,采用了强电场电离放电方法,在放电间隙内产生高密度、高能量的电子,它足以电离氮、氧等气体,在飞行器表面形成具有一定梯度的高密度等离子体层,能够吸收、折射电磁波,衰减雷达散射面积达千余倍。该等离子体器件是一个很薄的组合件,仅有百余克重,可贴附在电磁波强散射部位和进气道壁上。此方法具有吸收频带宽、吸收率高等特点,有望成为机载微型等离子体产生器件。     

天线窗材料热透波特性风洞测试方法

高超声速飞行器天线窗材料在等离子体包覆条件下的热响应和热透波特性测试,是分析天线窗材料特性、研究电磁波在等离子体和天线窗中传输特性的基础。针对等离子体和天线窗中电磁波传输特性,采用矢量网络分析仪和标准增益天线组成的电磁波传输测试系统,获得了一定频率的电磁波经过等离子体和高温天线窗之后的衰减;针对高温天线窗自身热响应特性和电磁波在其中的传输特性,研究了天线窗材料在一定热流作用下的温度分布和烧蚀特性,测试了烧蚀后处于高温状态且无等离子体覆盖的天线窗对电磁波的影响,分析了天线窗高温透波特性与常温透波特性的差异。所建立的方法,为在地面等离子体风洞中开展天线窗热透波特性研究、分析天线窗和等离子体耦合作用对电磁波传输特性的影响建立了基础。     

等离子体涡电磁散射特性及隐身性能

 针对非均匀等离子体在飞行器隐身中的应用,采用分段线性电流密度递归卷积时域有限差分（PLJERC-FDTD）方法计算等离子体涡及涡串电磁散射特性,分析等离子体涡对飞行器隐身性能影响。计算表明,等离子体涡在很大频率区间对电磁波吸收效果显著,RCS降低很大,具有明显的隐身效果。等离子体涡表现出一定规律性的极化特性,对L,S和C波段电磁波具有不同的吸收、反射特性。     

螺旋波等离子体推力器放电过程的流体模拟

针对建立三维数值模型对螺旋波等离子体推力器放电进行数值模拟计算量过大的问题,使用COMSOL多物理场软件建立了二维轴对称结构,采用漂移-扩散流体模拟方法,分别改变工质气体种类、气体压强及射频功率,模拟了螺旋波等离子体放电过程,分析了不同参数条件下放电室中电子数密度、电子温度、碰撞功率损耗分布情况,结果显示,在一定条件下气体压强越大,电子数密度越高,电子温度越低,碰撞功率损耗越大,在1600～2400 W范围内,随着射频功率增大,电子数密度和碰撞功率损耗增加,电子温度变化较小,电子数密度在10~(18 ) m~(-3)左右,为螺旋波等离子体推力器的设计与实验研究提供了参考。     

等离子体在航空隐身工程应用的若干问题探索

国外关于俄罗斯第五代战斗机1.44的隐隐约约报导,以及关于美国B-2轰炸机用电动力学减阻及等离子隐身的点滴分析,引起了世界航空界的关注。国内也掀起了用等离子体隐身的研究热潮。这是一件大好事。等离子体与雷达电磁波可以互相作用是众所周知的,但国外由预先研究到工程应用,也经历了20多年。问题是我们跟踪这一技术途径时,要解决一系列难题,并尽快研制出能产生高电子数密度(4.02×1018/m3)、尺寸小、耗能低(几十千瓦)、寿命长的等离子体发生器来,以供飞机在外围自由空间大面积的使用。进行技术设计时,应选择有限目标,根据作战任务,寻求最有利的等离子体频率、碰撞频率、雷达入射波频率、电子数密度空间分布等参数的最佳组合,以获最好阻抗匹配。应利用等离子体能反射、折射、吸收、干扰雷达波的机理,巧妙使用相干与湍流,碰撞与截止,以最小的能源消耗,获得最大的雷达回波损失。由于等离子体内部波动状态十分复杂,又难以保持其稳定性,因此,对雷达波反射几乎是不可避免的,处理这一问题时主要是让其偏离原来的方向。     

套筒式等离子体周期结构电磁特性研究

为分析研究等离子体色散媒质在周期结构中对电磁波的作用机理,设计一种在二维方向上周期排列的内外双层套筒式柱体结构单元,对不同的等离子体密度组合和周期间距下进行仿真分析。结果表明,改变内外层等离子体密度可以有效调节传输频带,且在不改变单元结构的基础上通过便捷开关等离子体激发湮灭状态,进而对单元的周期间距进行间接调控,拓宽了传输频带,体现了等离子体动态重构的可行性,对研究等离子体周期结构具有一定的启发性。     

新型等离子体电扫描八木天线的关键技术研究

提出了一种新型等离子体电扫描八木天线,研究了基于等离子体的电扫描八木天线的关键技术。通过对等离子体半波振子的仿真,研究了等离子体半波振子天线的辐射性能、隐身性能和等离子体对电磁波的反射和吸收作用。通过实验测试了等离子体中电子密度,制作了一款等离子体电扫描八木天线原理样机．并进行了测试。     

激光推进辐射击穿温度特性的数值研究

在9种等离子体击穿温度下,数值模拟了二次反射式聚焦系统聚焦情况下激光推力器内流场的演化过程,得到了不同击穿温度对应的能量沉积率、推力峰值、冲量和冲量耦合系数,能量沉积率和推进性能参数在某个等离子体击穿温度值处发生突变。根据空气对激光的逆韧致吸收系数公式,计算了CO2激光辐照下不同等离子体击穿温度对应的空气辐射自由程,发现当等离子体击穿温度为14000K时,辐射自由程为1.4mm,与计算网格的典型尺寸相当,此时入射激光能量在一个网格内以一定效率被吸收,由此确定了基于逆韧致吸收的激光等离子体的击穿温度。     

电子回旋共振等离子体推力器放电机理数值模拟研究

电子回旋共振等离子体推力器(ECRPT)是一种高比冲、高效率且结构简单的新型电磁式推力器。为了研究推力器的放电原理和工作机制,采用漂移-扩散流体模拟方法,仿真模拟了微波等离子体放电过程。仿真结果表明,电子数密度达到10~(16)~10~(17)m~(-3)数量级,氙气的电子数密度比氩气高50%;电子数密度、碰撞功率损耗均随着计算域内压强的增大而增大,电子温度随压强的增大而减小;电子数密度、碰撞功率损耗随着入射微波功率的增大而增大。在未来ECRPT的实际应用中,可以通过使用氙气,适当增大推力器腔内压强以及入射微波功率,使其具有最佳的推力、比冲和工作效率。     

磁等离子体发动机中离子回旋共振加热多组分流体模拟

离子回旋共振加热（Ion Cyclotron Resonance Heating,ICRH）单元的加热效果对磁等离子体发动机（Magnetoplasma Rocket Engine,MPRE）的推力性能有至关重要影响。为研究ICRH的加热效果,本文建立了用于模拟MPRE中ICRH单元的二维轴对称多组分流体模型,并采用该模型对MPRE中螺旋波等离子体源的工作模式与不同输入条件的ICRH单元进行了模拟。计算结果表明：螺旋波等离子体源在放电过程中要经历从Trivelpiece-Gould (TG)波模式向螺旋波模式的转变过程,模式转变时电子温度出现峰值,等离子体密度迅速上升;开启ICRH输入后,电子参数基本不变,离子温度有明显提升,表明ICRH单元对离子有显著加热效果;此外,离子温度随ICRH输入增大而升高,ICRH输入电流150A时,离子温度可达50eV以上。     

等离子体表面技术的研究与应用

概述了离子注入、离子束沉积、等离子喷涂、离子镀、等离子体增强化学气相沉积、等离子体化学热处理和双层辉光离子渗金属等等离子体表面技术的基本原理和最新进展,并给出了部分典型实例。     

基于CFD研究等离子体环量控制流场特性

为了研究等离子体气动激励射流在翼型钝尾缘产生Coanda效应时对流场特性的影响,基于雷诺平均N-S方程中添加体积力源项的唯象学仿真方法,建立并优化了等离子体环量控制的数值计算模型,研究了基于分离点的不同激励器位置对流场的影响规律。结果表明,优化激励器位置后环量控制的效费比ΔCL／Cμ最高可以达到113．49。分析发现,当等离子体激励产生的激励射流刚好可以将分离点推移至压力面时,机翼有效弯度增加最为明显,激励效果最好。     

内送粉超声速等离子喷涂流场特性分析

应用流体控制方程、传热传质方程、粒子输运方程、Maxwell电磁场方程建立多场耦合数学模型,通过数值计算方法研究超声速等离子喷枪内外等离子体流动特性。所采用的内送粉三维模型包含阴、阳电极固体以及阳极边界层区域,考虑了等离子气体的电离与复合反应,以及局域热平衡效应,得到了超声速等离子喷涂在纯氩和氩氢混合气氛中的气流温度场、速度场分布以及电弧电压分布。结果表明:在加入氢之后,喷枪内等离子体温度提高了30%,速度提高了67%;喷枪外气流速度和温度在距喷嘴出口0~50mm间梯度变化大于喷涂距离50~100mm,且径向速度和温度梯度变化随着喷涂距离增大越来越小。计算得到的电弧电压与测量值相差4.4%,说明了考虑阳极边界层后计算模型的合理性。     

新型多组元复合粉末等离子喷涂工艺研究

多组元复合粉末制备的可磨耗封严涂层在先进航空发动机中已经广泛应用。本文对新型多组元粉末制备可磨耗封严涂层的工艺进行了实验设计(DOE),结果表明等离子喷涂时的氩气流量和氢气流量对封严涂层硬度值影响最大,经过优化后涂层的硬度可达到5.4～5.5mm的压痕直径,满足先进航空发动机封严涂层维修要求。     

应用等离子体进行翼型升力控制的数值模拟研究

将等离子体对中性气体的作用模型化为彻体力矢量,求解带源项的Navier-Stokes方程,数值模拟了在NLF(1)-0213翼型上表面60%弦长处安装等离子体激励器对升力的控制效果.彻体力为净电荷在外加电场作用下的电场力.解拉普拉斯方程得到外加电场分布,等离子体中的净电荷分布由泊松方程给出.升力线计算结果与实验值吻合,激励器工作时,升力线向上平移,控制效果与襟翼类似.     

等离子体产生方法及隐身技术分析

阐述了等离子体的基本概念及其产生的一般方法,重点分析了气体放电管产生等离子体的物理机制以及等离子体的隐身机理,介绍了等离子体隐身技术的发展现状.     

Plasma instabilities and their simulations in the equatorial F region – Recent results

In this paper the developments made in the last five years on numerical simulation/modeling studies of a complex nighttime equatorial spread F phenomenon are reviewed. Emphasis is given to the Indian work and necessary comparisons are done with other international works on this field. Investigations involving the important aspects, namely the confinement of the plasma bubble in the bottomside of the ionosphere, linear and nonlinear effects of molecular ions in the development of plasma bubbles, interaction of two modes as a seed perturbation are discussed in detail. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

Cassini Plasma Spectrometer Investigation

The Cassini Plasma Spectrometer (CAPS) will make comprehensive three-dimensional mass-resolved measurements of the full variety of plasma phenomena found in Saturn’s magnetosphere. Our fundamental scientific goals are to understand the nature of saturnian plasmas primarily their sources of ionization, and the means by which they are accelerated, transported, and lost. In so doing the CAPS investigation will contribute to understanding Saturn’s magnetosphere and its complex interactions with Titan, the icy satellites and rings, Saturn’s ionosphere and aurora, and the solar wind. Our design approach meets these goals by emphasizing two complementary types of measurements: high-time resolution velocity distributions of electrons and all major ion species; and lower-time resolution, high-mass resolution spectra of all ion species. The CAPS instrument is made up of three sensors: the Electron Spectrometer (ELS), the Ion Beam Spectrometer (IBS), and the Ion Mass Spectrometer (IMS). The ELS measures the velocity distribution of electrons from 0.6 eV to 28,250 keV, a range that permits coverage of thermal electrons found at Titan and near the ring plane as well as more energetic trapped electrons and auroral particles. The IBS measures ion velocity distributions with very high angular and energy resolution from 1 eV to 49,800 keV. It is specially designed to measure sharply defined ion beams expected in the solar wind at 9.5 AU, highly directional rammed ion fluxes encountered in Titan’s ionosphere, and anticipated field-aligned auroral fluxes. The IMS is designed to measure the composition of hot, diffuse magnetospheric plasmas and low-concentration ion species 1 eV to 50,280 eV with an atomic resolution M/ΔM ∼70 and, for certain molecules, (such asN ₂ ⁺ and CO⁺), effective resolution as high as ∼2500. The three sensors are mounted on a motor-driven actuator that rotates the entire instrument over approximately one-half of the sky every 3 min.This revised version was published online in July 2005 with a corrected cover date.