基于大面积等离子体片的高超声速飞行器黑障效应研究

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2、间科学与应用研究中也－■１．＇＇，接？．古一｜‘．‘；：学位类别：理学博±－节扩＿学科专业：地球与空间探测技术、，研究所；中国科学院空间科学与应用研究中也；論知换：爾■ｒｊＩＩ独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外，论文中不包含任何其他人已发表或撰写过的材料，一也不包含为获得其它教育机构的别种学位或证书而大量使用过的材料。与我同工作的人对本研究所

3、做的任何贡献已在论文中作了明确的说明并表示谢意。聲日期－签名；；ｒ＿＿著齊＾ｙ关于论文使用授权的说明、：本人完全了解培养单位有关保留使用学位论文的规定，即培养单位有权保留送交论文Ｌｉ、的复印件，允许论文被查阅和借陶：ｌ公布论，可Ｗ采用影印；培养单位可文的全部或部分内容缩印或其他复制手段保存论文。＇化证人日期、签名：化：ｌｏ丘！＾叫Useoflargeplanarplasmasheetsforthestudyoncommunicationblackouteffectsofhyperso

4、nicvehiclesByJunmingXiaADissertation/ThesisSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofscienceCenterforSpaceScienceandAppliedResearchChineseAcademyofSciencesMay,2015摘要摘要在地球和其他行星大气层的再入过程中，以高超声速飞行的

5、卫星、航天飞机、洲际导弹、宇宙飞船等飞行器，以及世界各主要大国近年来竞相发展的临近空间高超声速飞行器，在未来很长一段时间内仍将面临着黑障效应所带来的飞行风险。由于对黑障效应开展飞行试验的成本较高,本文利用脉冲磁约束线形空心阴极生成的大面积等离子体片构建了一套地面黑障效应模拟系统，并对该系统的特征参数诊断及电磁波传播特性进行了较为全面的研究，最后利用该装置对现有黑障应对方案中的等离子体鞘套开口方案的优化开展了初步实验研究。主要工作及成果有：（1）完成了组合式线形空心阴极的设计，并依据该设计成功制作了双槽型组合式线形

6、空心阴极，介绍了利用组合式线形空心阴极和固定尺寸线形空心阴极构建地面黑障效应模拟系统的设计方案和工作原理。为了促进组合式线形空心阴极的推广应用，设计了两种利用组合空心阴极生成等离子体光子晶体的方案。（2）完成了静电探针的研制，编写了探针数据的自动化处理软件，设计了旋转空心阴极法、快帧法和滑动静电探针法，完成了对地面黑障效应模拟系统中等离子体参数时-空分布特征的诊断研究，利用厚度方向与竖直方向等离子体片特征参数的诊断结果，再现了主要放电阶段地面黑障效应模拟系统内等离子体特征参数三维分布的演化过程。研究表明大面积等离

7、子体片特征参数值及分布特征与等离子体鞘套类似，可以在电磁波传播特性方面对等离子体鞘套进行模拟。（3）设计并开展了变量控制实验，获得了不同脉冲放电电流、气压、磁场等放电条件下等离子体特征参数的时-空分布，进而对等离子体特征参数的影响因素进行了分析。鉴于等离子体特征参数影响因素的复杂性，为了便于快速设定工作参数生成所需要的等离子体片，简化了地面黑障效应模拟系统中等离子体参数的三维分布模型，提出了等离子体参数数据库的概念。（4）推导了磁化等离子体片横向场传播矩阵公式，采用等离子体分层模型和简化的等离子体参数三维分布模型

8、，通过数值计算，研究了脉冲放电过程中电磁波在等离子体片中的传播特性。研究表明为了便于在地面黑障效应模拟系统中实现对“黑障”效应的模拟，最好选择脉冲放电开始后初始的100μs的等离子体片；入射电磁波频率应低于等离子体片的临界频率，I基于大面积等离子体片的高超声速飞行器黑障效应研究极化方向既可以垂直于磁场方向亦可以平行于磁场方向，如果入射电磁波频率在高混杂谐振吸收频率内，选择