【摘 要】
:
针对高超音声速飞行器在参与临近空间中的飞行活动时会与外部大气层发生摩擦并在其外部表层产生一种包覆的特殊物质——“等离子鞘套”,此物质可能会直接使飞行器信息通信和飞行探测过程中的信号产生严重程度的畸变,导致信息系统特性发生很大程度的改变,以及物理特性也会发生很大程度改变,甚至可能会直接导致信息通信“黑障”等问题相继产生,飞行器与临近地面间的信息通信以及探测信号线的接收等都会严重受到此物质的影响,因此
【基金项目】
:
国家自然科学基金-重大仪器专项项目; 国家重点基础研究发展计划(973计划); 科工局研究项目; 中国空间测控探索创新基金;
论文部分内容阅读
针对高超音声速飞行器在参与临近空间中的飞行活动时会与外部大气层发生摩擦并在其外部表层产生一种包覆的特殊物质——“等离子鞘套”,此物质可能会直接使飞行器信息通信和飞行探测过程中的信号产生严重程度的畸变,导致信息系统特性发生很大程度的改变,以及物理特性也会发生很大程度改变,甚至可能会直接导致信息通信“黑障”等问题相继产生,飞行器与临近地面间的信息通信以及探测信号线的接收等都会严重受到此物质的影响,因此对于研究等离子鞘套与电磁波相互作用以及等离子体中与鞘套物理性质相关联的物理科学问题就显得十分重要,从而需在地面再现此等离子体环境并展开相关实验研究工作,但目前由于地面装置产生的等离子体很难具有真实等离子体鞘套特性以及高电子密度等相关特点,故提出采用一种给感性耦合等离子体放电装置外部加入恒定静磁场的方法,即磁化感应耦合等离子体(Magnetic Inductively Coupled Plasma,MICP)放电方式来探索实现高密度特点的等离子体环境,使在地面再现真实临近空间等离子环境成为可能。本文主要研究内容和贡献如下:1、设计了一台射频动态可控的等离子体发生装置,实现等离子体电子密度的动态可控方法。在结构设计方面,辐射屏蔽处理以及冷却处理等方面进行了全新改进设计,并且利用微波干涉法以及朗缪尔双探针诊断法,对在不同外部条件下所产生的平均动态等离子体电子密度进行了诊断对比;另外,利用不同频率波形信号发生器实现等离子体电子密度的动态性,并验证所得到的动态等离子电子密度变化频率与施加在等离子体负载上的波形信号变化频率是否一致。最后表明,所设计的射频动态可控等离子体发生装置实现了等离子体动态可控性,并利用微波干涉法以及朗缪尔双探针,对在不同条件下所产生的平均动态等离子体进行了诊断与对比,发现两种方法诊断的等离子体电子密度误差在一个数量级内,并且所产生的动态等离子电子密度变化频率与施加在等离子体负载上的波形信号的自身变化频率相一致,吻合结果较好。2、建立ICP放电装置的二维轴对称流体力学模型,并利用相关理论方程来描述其放电过程,比如电子质量守恒方程、电子间的能量守恒方程等,然后对ICP放电进行建模仿真计算,对不同放电功率等条件下ICP放电物理特性进行研究,并与ICP实际放电实验结果对比。结果发现,随着放电功率和气体压强的不断增加等离子体电子密度也随着增加,实验与仿真对比后,两者数值误差保持在一个数量级内,仿真模拟的正确性以及可靠性得到验证。此外,在前面的基础上进一步优化改进ICP放电模型外观设计和相关参数,同样根据质量守恒方程等理论对ICP放电进行建模仿真计算,从电感线圈设计入手对ICP放电物理特性进行相关分析研究。研究结果表明,不同电感线圈的设计等条件下都存在最佳放电状态,此时得到的等离子体电子密度最高。3、建立MICP放电的二维轴对称流体模型。根据相关粒子方程对MICP放电产生的原理及方法进行叙述,与ICP放电区别是MICP受外加恒定静磁场的相关影响,等离子体性质由各向同性变为各向异性,对MICP放电进行建模与数值仿真,在不同输入条件以及不同外部静磁场条件下MICP放电物理特性进行研究。研究结果表明,随着放电功率和气体压强不断增加,等离子体电子密度也随着增加,另外与ICP放电进行对比,得到等离子体电子密度得到了明显提升,且等离子体电子密度在腔体内部分布的形状也发生了很大变化。综上所述,在ICP放电装置外加恒定静磁场方法为进一步提高等离子体电子密度提供可能,并且在地面再现真实临近空间等离子体环境提供了一种新的产生实现途径。
其他文献
手性是一个在许多常见材料都涉及的几何概念。手征物体是指不能通过任意平移或旋转操作使其与镜像重合的物体,任意方向平面波在手征介质传播都会发生偏振状态的改变:即产生旋光和圆二色性。手征介质展示出的电磁特性使其在物理、化学、生物医疗、超灵敏检测、超材料制备等许多理论和应用领域中都有着广泛的应用。本文从手征介质(粒子)中电磁传播特性及散射方面展开研究工作:给出手征介质本构方程之间介质参数的相互转换关系;研
随着现代科学技术的发展,半导体已经成为军事、科技和社会生活中不可缺少的重要部分,以半导体技术为基础制造出的产品支撑着整个信息产业。半导体技术也从最初的以硅、锗为基本材料,延伸到砷化镓、氮化硅、碳化硅、氮化镓等多种不同类型的材料,并利用其各自特性制造出适用于不同领域的器件和产品。其中氮化镓(GaN)以其独特的材料特点吸引了各国科研机构和公司的广泛关注。GaN拥有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、耐高温
脉冲电流注入(Pulsed Current Injection,PCI)试验是开展电磁脉冲效应研究的一种重要手段。但由于缺乏定量的分析方法,无法明确试验平台各参数与注入电流间的具体定量关系,从而难以针对不同受试电子设备确定最优的试验设置,影响了PCI试验的实际效果,限制了这种方法的应用和进一步的推广。论文通过建立包含脉冲源、耦合装置、受试线缆及其末端负载的PCI整体电路模型,量化了PCI各物理参数
雷达探测技术的快速发展,使武器装备突防的难度大幅增加。为了保证己方军事力量对战场局势的控制,提高己方装备的突防与生存能力,各国都开始了对雷达截面减缩技术的研究。阵列天线,作为通讯设备的重要器件,因其需要高效地发射和接收电磁波,使得其雷达隐身设计十分困难,阵列天线成为隐身装备的主要散射源之一。如何在保证阵列天线辐射特性的前提下实现其宽带的雷达隐身设计,具有重要的研究价值与军事意义,同时这也是阵列天线
天线是能够实现导行波和自由空间波之间相互转换的器件,在无线电设备中用来发射或接收电磁波,是无线电通信系统不可或缺的重要组成部分。现代无线通信技术和雷达探测技术的飞速发展对小型化、多功能化、高集成化天线提出了迫切的应用需求,亟需探索基于新机理的高性能天线设计理论与方法。人工表面等离激元(Spoof Surface Plasmon Polaritons,SSPP)是电磁波与电磁媒质相互作用时产生的一种
随着航空航天领域的快速发展,作为航天任务载体的空间飞行器吸引了大量的学者进行研究。空间飞行器系统是一个高度耦合的强非线性系统,其高精度姿态控制对于空间飞行器快速有效的完成特定任务具有举足轻重的地位。目前,大多数的文献都假设空间飞行器的驱动器可以提供任意大的控制力矩,然而在实际的控制过程中,驱动器提供的力矩都有一个最大值,当所需要的控制力矩超过这个最大值时,控制力矩将会被限幅输出,控制系统的稳定性和
GaN材料由于具有大的禁带宽度、高的击穿场强、以及异质结材料结构中存在的由较强自发极化和压电极化效应而产生的高面密度和高迁移率的二维电子气(2DEG),在高压大功率器件的应用中表现出巨大的潜力。另外,由于横向结构AlGaN/GaN肖特基二极管与高电子迁移率晶体管的制备工艺具有良好的兼容性,因此有利于实现电路的单片集成,从而减小电路的寄生电容、寄生电感和芯片尺寸。随着大尺寸Si基AlGaN/GaN外
近年来,二维(2D)过渡金属硫化物(TMDs)由于优异的物理性质及其在电子、光电子和储能转换等方面的应用而受到广泛的关注。以二硫化钼(Mo S2)、二硫化钨(WS2)为代表的VIB族超薄原子层范德华(Vd W)结构具有天然的带隙、较高的载流子迁移率、自旋-轨道耦合效应等出色的特性,这些特性与层数依赖的电子结构密切相关,通过异质结、固溶体和同素异构等方式实现精确的能带调控十分重要。优异的性质和可调谐
RNA作为遗传媒介,在基因表达调控等许多生命活动中起着重要的作用。真核生物中,RNA在转变成为有功能的mRNA之前需要经过pre-mRNA的剪接加工。同时,许多RNA在生理、病理状态下表现出了组织特异性,如许多miRNA在不同组织中数量、种类差异非常大。不论是RNA的转录后加工还是RNA的组织特异性表达,都在生理进程中发挥了非常重要的作用。为了研究这些RNA参与的生命活动,需要对其进行含量检测。最
经过14年的发展,压电电子学在人机界面、智能微机电系统、纳米机器人和传感网络系统等领域的研究已经取得了重要进展,并展现出巨大的应用潜力。特别是高性能压电电子学器件受到了十分广泛的关注和研究,成为当前压电电子学领域最重要的研究方向之一。随着压电电子学柔性电子芯片和压电光电子学发光二极管芯片的成功研制,压电电子学器件逐渐迈入通过组装和集成单个纳米器件来实现功能性系统的初步阶段。但是,截至目前,高性能压