飞船轴对称热化学非平衡流场数值求解

本文从轴对称热化学非平衡Ｎ－Ｓ方程出发,利用时间相关法,采用双温度、七组元反应气体模型,利用隐式ＮＮＤ有限差分格式和时间预处理技术数值求解了ＦＩＲＥＩ飞船热化学非平衡流场,得到了较为准确的结果,并分析了热力非平衡对流场的影响。     

不同热化学模型对表面传热影响的数值分析

研究不同热化学模型及壁面催化条件对表面传热的影响 ,包括 :(1)不同组元的高温空气模型 (7组元、 11组元 )的比较 ;(2 )热力非平衡 (双温度 )的化学动力过程与热力平衡 (单温度 )的化学动力过程的比较 ;(3)不同壁面催化条件的比较。     

不同的扩散模型对再入体等离子体鞘电子密度分布的影响

本文研究不同的扩散模型对再入体等离子体鞘电子密度分布的影响。由于电子和离子的质量相差三个量级以上,电子的浓度扩散速度比离子大得多,引起正负电荷分离。由此产生的诱导电场又阻碍带电粒子的扩散运动。本文同时考虑这二种影响扩散的因素,得到了非平衡等离子体鞘带电粒子分布的数值解,并与准中性模型、双极扩散模型等其它三种近似模型进行了比较。计算表明:流场的大部份区域满足等离子体准中性假定,但在物面和激波附近存在电荷分离较明显的薄层,其厚度约为Debye屏蔽长度的量级。这种边界效应对中性粒子的分布影响甚微,但对带电粒子的分布则产生一定的影响。由此可以判断各种扩散模型的适用性。     

11 组元化学反应气体粘性激波层钝体绕流数值计算

本文采用１１组元化学模型对双曲体粘性激波层化学非平衡绕流流场进行了数值计算,给出了压力、温度,Ｎ＋２、Ｏ＋２、Ｎ＋、Ｏ＋和ＮＯ＋摩尔浓度及ｅ－数密度在驻点的分布,并与７组元、５组元的计算结果作了比较。     

飞船再入舱三维化学非平衡流数值模拟

对飞船再入舱高超声速化学非平衡三维流场进行数值模拟。控制方程为含化学反应源项的全Ｎａｖｉｅｒ－ Ｓｔｏｋｅｓ 方程组, 化学模型为高温空气的七组元模型, 其组元成分为Ｎ２ 、Ｏ２、ＮＯ、Ｎ、Ｏ、ＮＯ＋ 、ｅ－ 。差分格式采用张涵信院士提出的ＮＮＤ激波捕捉格式并用全耦合方法处理流动方程及化学反应方程, 对化学反应源项采用全隐式处理, 运用时间预处理技术以加快收敛。同时, 也对完全气体模型进行计算, 以分析真实气体效应。与实验数据对比, 说明本文结果是可信的。     

2001年国防科技大学学报总目次

第一期　 航天工程·材料工程非定常超音速流动数值计算方法比较刘伟　牟斌 (1)……………………………………………………………………利用遗传算法求解整周模糊度郑庆晖　张育林 (5 )………………………………………………………………………随机梁的传递函数分析方法欧阳勇　任钧国　周建平 (11)………………………………………………………………等截面隔离段中激波串结构的数值模拟丁猛　李桦　范晓樯 (15 )……………………………………………………载人飞船等离子体鞘电子密度分布的数值计算曾明　柳军　瞿章华 (19)………………………     

泰氟隆烧蚀产物对电子密度的影响

采用WNND格式,对有泰氟隆烧蚀产物引射的化学非平衡NS方程进行了数值模拟。采用7组元纯空气化学反应和19组元、28种反应的空气—泰氟隆化学反应系统,对照计算了壁面有泰氟隆烧蚀产物引射和纯空气绕流两种流场,研究了泰氟隆烧蚀产物对电子密度的影响。     

高超声速气动热化学非平衡效应数值分析研究

通过数值分析研究了化学非平衡效应对气动加热问题的影响.分别以量热完全气体、单组分热完全气体和5组分化学非平衡气体为气体模型,计算了圆柱钝头的绕流流场和壁面热流密度分布,比较并分析了高温化学非平衡效应对流场特性,尤其是气动加热特性的影响.结果分析表明,高温化学非平衡效应可使激波层变薄,激波层内温度大幅下降,从而会严重影响气动热环境特性,是影响高超声速飞行器热防护设计的重要因素.     

AUSMPW+格式在高超声速热化学非平衡流数值模拟中的应用

将AUSMPW+格式应用到高超声速热化学非平衡流场的数值模拟中。为提高精度,采用了三阶MUSCL插值方法。与LU SGS方法结合,提高了单步计算效率和收敛性。采用热化学非平衡十一组元气体模型求解了非定常轴对称Navier Stokes方程组,得到了收敛结果。数值模拟结果与文献结果进行了对比,并在弹道靶中进行了钢质圆球的实验验证。计算结果与文献、实验的对比说明,AUSMPW+格式可以在热化学非平衡流的数值模拟中精确地捕捉到强弓形激波,得到准确的空气动力系数。     

新世纪中华民族向太空发出第一声问候“神舟二号”发射成功

公元2001年1月10日,中国载人航天第一港——酒泉卫星发射中心载人飞船发射场迎来了中国载人航天工程史上的第二次发射。 此次发射的“神舟二号”尽管没有载人,但飞船的技术状态与载人飞船的技术状态基本一致,是载人飞船应用系统第一次全系统执行在轨飞行试验任务,并开展了一系列空间科学实验。飞船在遨游太空7天后按预定计划返回地面。这标志着我国载人航天技术又迈出了可喜的一步。     

应用于飞行器隐身等离子体的分析

根据雷达波隐身对等离子体电子数密度的要求 ,分析计算说明了热平衡与非热平衡等离子体以及冷等离子体可应用于飞行器的隐身。通过对等离子体不同产生方法、临界电子数密度的分析以及气体击穿电场强度的计算 ,归结出了不同等离子体的特点 ,并进而说明用稳态电源以及微波源产生的等离子体适合应用于飞行器隐身     

等离子体与高功率微波相互作用中电子分布特性

电子数密度是表征等离子体物理特性的一项重要因素,在等离子体与高功率微波的相互作用中,等离子体对入射电磁波的吸收、衰减和屏蔽等电磁特性可通过电子数密度的变化进行表征。基于等离子体流体近似研究方法,利用COMSOL软件求解等离子体中的波动方程、电子传递方程和重粒子传递方程,计算分析了等离子体与高功率微波相互作用中的电子分布特性,重点分析了相互作用中平均电子数密度和平均电子能的数值和空间分布变化过程。研究表明,在高功率微波作用下,等离子体区域电子数密度在数值上会产生剧烈的阶跃变化,形成雪崩效应,在空间分布上电子数密度峰值产生趋于入射方向移动的变化;电子能的变化与入射波激励和电子数密度相关,随入射激励增加呈增长趋势,随电子数密度的增加而减小。     

临近空间飞行器等离子体鞘套的太赫兹波穿透特性

临近空间高超声速飞行器再入过程中会产生等离子体鞘套,干扰电磁波对飞行器的探测.针对这一问题,对典型临近空间飞行器模型进行建模,模拟其再入过程中不同飞行工况下的流场分布.基于流场分布对等离子体参数分布进行建模,利用散射矩阵方法从理论上对太赫兹波在等离子体鞘套中的传输特性进行计算.计算结果表明高频太赫兹波能够有效穿透等离子...     

化学非平衡尾迹流场的数值计算

高超音速化学非平衡尾迹流场的分析及计算是再入空气动力学的一个重要课题。本文采用轴线极限方程,成功地消除了控制方程在轴线上的奇性;采用二阶精度的中心差隐格式,求解了抛物化的Ｎ－Ｓ方程,得到了２０ｋｍ及６０ｋｍ再入时尾迹流场的数值解。计算结果表明,在远尾迹场,对电子数密度的主要影响是Ｏ_２的吸附反应。     

高速核在高温热平衡等离子体中的非平衡弛豫过程对热核反应率参数的影响

高速核入射到高温热平衡等离子体背景中,由于入射核动能远大于背景等离体中带电粒子之平均动能,入射核在与背景等离子体达到热平衡之前,会存在一段逐渐损失能量的非平衡弛豫过程。本文以高速氘核入射到高温氘化锂等离子体为例,在计及氘核的这种非平衡弛豫过程时,给出了一种计算热核反应D(t,n)~4He之反应率参数的方法。氘核在弛豫过程中的能量损失考虑了氘核与各种带电粒子的库仑散射过程,其能量损失率采用快速带电粒子的慢化理论来计算;氘与背景等离子体中的原子核发生的核反应过程,考虑了非平衡状态下束靶机制的D(t,n)~4He反应和热平衡状态下的D(t.n)~4He反应。在暂未考虑核散射的情况下,计算结果表明,当等离子体温度在7.5KeV～20KeV范围内变化时,氘核的非平衡弛豫过程对热平衡状态下D(t,n)~4He反应率参数的修正因子大致在1.0062～1.0943范围内变动,且温度越高,修正因子越小。计算还表明,当温度一定时,修正因子随等离子体中粒子的数密度变化不明显。     

磁化等离子体对电磁波反射系数的计算分析

为了从理论上分析磁化等离子体对飞行器隐身的机理,采用等效输入阻抗方法计算金属平板前非均匀磁化等离子体层对垂直入射电磁波的功率反射系数,结果表明:电子数密度大小、入射波频率、等离子体碰撞频率和外磁场是功率反射系数的主要影响因素.电子数密度、等离子体碰撞频率取值必须合适,外加磁场才能明显降低等离子体对入射电磁波的功率反射系数.     

基于FDTD方法的电波在等离子体中传输特性

根据时域有限差分(Finite Difference Time Domain, FDTD)法的基本原理,分析了等离子体的物理场特性及数值计算,介绍了飞行器再入时等离子鞘的形成以及等离子体相对介电常数对波的衰减,通过三维FDTD和二维FDTD模拟了电磁波在等离子体中的传播情况,证明了FDTD方法是解决电磁波在复杂媒质中传播的一种有效方法,并探究了飞行器再入段黑障区通信的理论和方法。     

非平衡等离子体及其军事应用研究进展

高气压非平衡等离子体是当今世界经济、军事强国竞相研究的焦点,涉及工业、军事的高能物质(活性粒子)加工及其辐射的等离子体源及反应器(室)。目前,高气压非平衡等离子体及其源的研究局限于弱(电场)电离放电范畴,存在等离子体浓度低、能耗甚高和体积庞大等问题。为此,研究外加非均匀强电场、空间电荷形成的本征电场对离子的作用力及其运动规律,以便解决形成高浓度等离子体的方法及离子从强电场束缚中引出去的问题,为研制强电离放电非平衡等离子体源提供了理论基础及加工方法,此源外输的等离子体束的浓度有望达到1014/cm3。等离子体源及反应器可以做到微型化,每立方厘米有效放电体积处理气量高达15m3/h。它的体积、能耗、一次造价、运行成本等也将成万倍地降低,解决了等离子体工程化的现存问题;也能解决困扰世界各军事强国的飞行器等离子体隐身、减阻及天线的应用理论与方法问题。