物理化学模型对流场电磁散射特性的影响

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27707

流体力学与飞行力学

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物理化学模型对流场电磁散射特性的影响

陈伟芳¹, 孙精华²(), 田得阳³, 陈烨斯¹

^1.浙江大学航空航天学院，杭州 310027
^2.中国运载火箭技术研究院空间物理重点实验室，北京 100076
^3.中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，绵阳 621000

收稿日期:2022-06-30 修回日期:2022-07-27 接受日期:2022-08-22 出版日期:2022-09-14 发布日期:2022-09-13
通讯作者: 孙精华 E-mail:562778845@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金(U20B2007)

Influence of physical and chemical models on electromagnetic scattering characteristics of flow field

Weifang CHEN¹, Jinghua SUN²(), Deyang TIAN³, Yesi CHEN¹

^1.School of Aeronautics and Astronautics，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China
^2.Science and Technology on Space Physics Laboratory，China Academy of Launch Vehicle Technology，Beijing 100076，China
^3.Hypervelocity Aerodynamics Institute，China Aerodynamics Research and Development Center，Mianyang 621000，China

Received:2022-06-30 Revised:2022-07-27 Accepted:2022-08-22 Online:2022-09-14 Published:2022-09-13
Contact: Jinghua SUN E-mail:562778845@qq.com
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(U20B2007)

摘要/Abstract

摘要：

基于由不同化学反应动力学模型和湍流模型计算得到的高超声速等离子体流场数据，采用三维时变等离子体分段线性电流密度递归卷积时域有限差分（PLJERC-FDTD）方法探索了电磁波与典型高超声速飞行器等离子体流场的相互作用规律，对比分析了不同化学反应动力学模型、不同湍流模型及不同电磁波频率等情况下高超声速飞行器等离子体流场电磁散射特性。对于不同的化学反应动力学模型，Park模型和Gupta模型计算得到的等离子体流场的后向雷达散射截面积（RCS）较为接近，且均小于D&K模型计算得到的，而考虑湍流效应的电磁散射特性比层流流场更为复杂，其后向RCS随频率变化更加剧烈，且随着高度增加，湍流效应对电磁散射特性的影响逐渐减弱。

关键词: 电磁散射, 等离子体, 时域有限差分方法, 化学反应动力学模型, 湍流模型, 雷达散射截面

Abstract:

Based on the hypersonic plasma flow field data calculated by different chemical reaction kinetics models and turbulence models， a 3D time-varying Piecewise Linear JE Recursive Convolution Finite-Difference Time-Domain （PLJERC-FDTD） method is applied to explore the interaction between electromagnetic wave and plasma flow field of a typical hypersonic vehicle. The electromagnetic scattering characteristics of hypersonic vehicle plasma flow field under different chemical reaction dynamics models， different turbulence models and different electromagnetic wave frequencies were compared and analyzed. For different chemical reaction dynamic models， the backward Radar Cross-Section （RCS） of plasma flow field calculated by Park model and Gupta model are close to each other， and are both smaller than the backward RCS of plasma flow field calculated by D&K model. The electromagnetic scattering characteristics considering turbulence effects are more complex than those of laminar flow field. The backward RCS fluctuates more sharply along with frequency varying， and the influence of turbulence effect on electromagnetic scattering gradually decreases with the increase of altitude.

Key words: electromagnetic scattering, plasma, finite-difference time-domain method, chemical reaction kinetics models, turbulence models, radar cross-section

中图分类号:

V211

陈伟芳, 孙精华, 田得阳, 陈烨斯. 物理化学模型对流场电磁散射特性的影响[J]. 航空学报, 2023, 44(12): 127707-127707.

Weifang CHEN, Jinghua SUN, Deyang TIAN, Yesi CHEN. Influence of physical and chemical models on electromagnetic scattering characteristics of flow field[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(12): 127707-127707.

图/表 13

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图2

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参考文献 27

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

高度H/km	马赫数Ma	攻角α/（°）	化学反应动力学模型	空气多组元模型
30	15	0	D&K/Gupta/Park	7
40	15	0	D&K/Gupta/Park	7
50	20	0/10	Gupta	7/11

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物理化学模型对流场电磁散射特性的影响

Influence of physical and chemical models on electromagnetic scattering characteristics of flow field

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