火箭喷焰对微波信号衰减的研究

论文摘要

实验表明火箭喷焰的烟雾主要成分是固体或液体的尘埃颗粒。这些尘埃颗粒与火箭喷焰中的带电粒子相互作用后带有负电,会对穿越其中的微波信号电磁特性产生影响,进而造成微波信号不同程度的干扰和破坏,严重的会影响探测和控制飞行器飞行的微波信号的正常传输。在对火箭喷焰的大量研究中,至今还没有考虑尘埃粒子的行为。本文从动力论出发,在考虑尘埃粒子的情况下对一般等离子体的电磁特性进行修正。本文首先介绍了火箭喷焰流场的内部结构以及其中的物理化学过程,并对喷焰中电子密度分布和尘埃粒子的密度和大小分布进行了分析和调研。确定了电子密度的量级为1017m-3～1019m-3,尘埃粒子的密度处于1010 m-3～1015m-3之间,尘埃粒子的半径最小为1μm,最大为10μm。利用玻尔兹曼动力学方程和尘埃等离子体的充电方程,考虑等离子体中带电粒子之间的碰撞和充电过程,推导出适合火箭喷焰环境的尘埃等离子体电导率、介电常数以及衰减系数。结果表明:由于尘埃充电过程,尘埃等离子体电导率、介电常数以及衰减系数都比一般等离子体的大。最后以火箭喷焰所产生的尘埃等离子体作为算例验证了上述结论,分析了它的特征参数、电导率、介电常数和衰减系数随温度、微波频率以及高度的变化规律。结果显示:随着温度的升高,尘埃等离子体的这些参数都会增大;而随着微波频率的增大,尘埃等离子体的电导率和介电常数会减小。在火箭飞行的不同高度,由于等离子体压强的不同,微波通过火箭喷焰所受到的衰减也有很大不同。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 论文工作安排
• 第二章 火箭喷焰现象
• 2.1 喷焰现象
• 2.2 喷焰结构
• 2.2.1 非粘滞核
• 2.2.2 粘滞混合层
• 2.2.3 喷嘴羽流结构
• 2.3 两相流
• 2.4 喷焰中的粒子
• 2.4.1 喷焰中铝粒子的特性和大小
• 2.4.2 喷焰中电子密度分布
• 2.4.3 分子密度分布
• 2.5 喷焰的物理化学过程
• 2.5.1 喷焰中的电离和复合过程
• 2.5.2 电子对尘埃粒子的充电过程
• 2.6 本章小结
• 第三章 火箭喷焰尘埃等离子体参数预估
• 3.1 尘埃等离子体现象
• 3.2 尘埃等离子体概念
• 3.3 尘埃等离子体特征参数
• 3.3.1 德拜半径
• 3.3.2 尘埃等离子体频率
• 3.3.3 碰撞频率
• 3.3.4 尘埃粒子的充电频率和电荷数
• 3.3.5 库仑耦合参数
• 3.4 固体火箭喷焰情况的算例
• 3.4.1 尘埃粒子的电荷数
• 3.4.2 尘埃等离子体德拜半径
• 3.4.3 尘埃等离子体的碰撞频率和充电频率
• 3.4.4 库仑耦合参数
• 3.5 本章小结
• 第四章 等离子体方法
• 4.1 单粒子轨道理论
• 4.2 磁流体力学
• 4.2.1 磁力和磁应力
• 4.2.2 基本方程
• 4.3 动力学理论
• 4.4 本章小结
• 第五章 火箭喷焰中微波衰减
• 5.1 尘埃等离子体的电导率和介电常数
• 5.1.1 不考虑充电时尘埃等离子体的电导率和介电常数
• 5.1.2 考虑尘埃粒子充电时的介电常数和电导率
• 5.2 火箭喷焰情况的算例
• 5.2.1 温度对介电常数和电导率的影响
• 5.2.2 固体推进剂中碱金属含量的影响
• 5.3 尘埃等离子体的衰减系数
• 5.3.1 公式推导
• 5.3.2 高度对喷焰微波衰减影响的分析
• 5.4 固体推进剂成分对微波信号的衰减的分析
• 5.5 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间所取得的研究成果