尾焰微波衰减试验验证技术研究

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1、尾焰微波衰减试验验证技术研究尾焰微波衰减试验验证技术研究【摘耍】固体火箭发动机的尾焰是一个弱电等离子体，会对穿越其中的微波信号电磁特性产生影响。考虑等离子体中带电粒子之间的碰撞和充电过程，得出固体火箭发动机尾焰微波衰减系数的影响因索。最后通过对固体火箭发动机尾焰的测量，得到影响微波衰减系数的各种因素。【关键词】固体火箭发动机尾焰；微波衰减1.引言固体火箭发动机的尾焰是推进剂燃烧产物经发动机喷管喷出的一种高温高速的气流，是一种稠密不均匀的弱电离等离子体。从微观角度来看，尾焰由分子、原子、电子、离子、离子团以及悬浮颗粒组

2、成。当微波信号通过尾焰时，大量的自由电子会对穿过尾焰的微波信号造成不同程度的干扰和破坏，严重影响了导弹的飞行和控制。因此,研究固体火箭发动机尾焰的微波衰减特性具有很实际的意义。2.尾焰微波衰减原理尘埃等离子体的两个独立参量分别是粒子浓度和温度，尘埃等离子体像电子一一离子等离子体一样在宏观上是屮性的，满足电屮性条件。温度是平衡态的参量。电子、离子和尘埃粒子的质量相差悬殊,都是通过碰撞来交换能量，一般比较缓慢。所以，在尘埃等离子体内部，首先是各种带电粒子成分各自达到热力学平衡状态，有各自的平衡温度。只有当尘埃等离子体达到

3、整体的热力学平衡，它才有统一的尘埃等离子体温度。这两个独立参量是可以独立的改变的，其它参量口J以通过独立参量表示出来。尘埃等离子体的电导率为：由横波在等离子体中存在的条件可知：c为光速；为相对介电常数，它与电导率的关系是：贝IJ：令，由可知，B和a为微波的相位常数和衰减常数。配方中铝粉含量的增加，使得推进剂燃烧时产生大量的氧化铝形成的烟，这些烟会对微波产生一定的衰减。同时由于铝粉的增加，尾焰中三氧化二铝凝相颗粒的摩尔分数增加，而三氧化二铝高的牛•成热使得燃气温度升高，而温度与自由电子数密度呈指数关系，随着温度的上升，

4、自由电子数会迅速上升，使燃气中自由电子的密度增加。在高温下。组分中微量的钾、钠等金属也极易电离成金属离子，放出自由电了，增加自由电了的密度。当微波穿过燃气吋，离了和电子在电磁场的作用下会产生运动，会与中性粒子相撞。这些高速运动的电子在与中性粒了相撞后将能量部分的转化为燃气的热运动，造成微波能量的吸收衰减。微波衰减与推进剂配方中铝粉含量呈指数关系：其中a是微波衰减值，L是铝粉的百分含量，a、b为常数。1.测量结果固体火箭发动机尾焰在不同高温区的电导率和介电常数很大。这与复燃效应引起很大的微波衰减相一致。由于尘埃粒子的数

5、密度还没有准确的数据，这里我们采用的是尘埃粒了的平均数密度，在低温区计算结果的误差可能会比较大。比较不考虑尘埃粒子和考虑尘埃粒子吋电导率随温度的变化，不考虑尘埃粒子时电导率明显较低。说明尘埃粒了的存在对原來等离了体的电导率有很大的影响，不能忽略尘埃粒子的作用。试验结果表明微波频率越高，不考虑尘埃粒子和考虑尘埃粒了曲线的区别越大。说明微波频率越高，尘埃粒了的存在对电导率和介电常数的影响就越大。图1是不同微波频率时导电率与温度的关系，图2为不同微波频率吋介电常数与温度的关系。固体推进剂中碱金属含量对尾焰尘埃等离子体的介电

6、常数和电导率的影响较大。碱金属杂质在很大程度上决定了尾焰屮自由电子数密度的大小；复燃效应则加剧了碱金属杂质的热电离，使自由电子数密度迅速上升。铝粉通过燃烧可以提高喷焰的温度，增大碱金属的电离，既而影响到喷焰的电导率和介电常数。1.结束语固体火箭发动机尾焰是一种尘埃等离了体。温度和推进剂成分含量对微波衰减影响较大。介绍了尘埃等离了体的电导率和介电常数,以及衰减系数。尾焰中带电粒子尤其是自由电子的密度很大，造成对通过其中的微波信号的衰减很大。