- 必威体育下载

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

摘要

表面烧蚀显著影响高速流动中等离体子鞘分布及其与电磁场相互作用的特征. 考虑高超声速飞行器表面烧蚀引射机制、烧蚀产物参与流场等离子体生成过程、含碱金属的混合电离气体导电机理和电磁动力学机制, 通过耦合求解带电磁源项的三维热化学非平衡流动控制方程、电场泊松方程和磁矢量泊松方程, 建立了含碱金属烧蚀的高速流动/等离子体/电磁场耦合计算方法, 结合常见的碳碳材料和硅基酚醛树脂材料烧蚀热解过程, 较为系统地开展了多种条件下表面烧蚀对高超等离子体鞘影响及其与电磁场相互作用的机制与规律研究. 研究表明: 烧蚀效应对流场等离子体分布的影响受烧蚀质量引射率和碱金属质量占比共同作用, 当碱金属含量较高时, 碱金属电离反应占主导, 电子数密度可增大1—2个数量级; 不同材料烧蚀对等离子体的影响存在差别, 硅基酚醛树脂的烧蚀质量引射率较大, 电离生成CO ⁺, C ⁺的摩尔分数接近空气主要电离组分NO ⁺, ${\mathrm{O}}_2^+ $ , 其影响不容忽视; 烧蚀材料中碱金属可以显著提升磁流体力学控制效果, 随着碱金属占比增大, 电磁场耦合作用效果增强, 二者呈非线性关系; 在速度较低时, 纯空气本身的电离度低导致电磁场耦合作用效果弱, 通过含碱金属烧蚀来提升电磁作用效果的效率更高.

关键词:

Abstract

Surface ablation significantly affects the distribution of plasma in high-speed flow and the characteristics of its interaction with electromagnetic fields. Considering the mechanism of ablation and ejection on the surface of hypersonic vehicle, the participation of ablation products in the plasma generating process in the flow field, the conduction mechanism of mixed ionized gas containing alkali metal and the electromagnetic dynamics mechanism, the coupled calculation method of high-speed flow/plasma/electromagnetic field with alkali metal ablation is established by solving the three-dimensional thermochemical non-equilibrium flow governing equation with electromagnetic source term, the electric field Poisson equation and the magnetic vector Poisson equation. Combined with the common ablation and pyrolysis process of carbon-carbon materials and silicon-based phenolic resin materials, the mechanism and law of the interaction between surface ablation and electromagnetic field on the hypersonic plasma sheath under various conditions are systematically studied. The results show that the ablation effect affects the plasma distribution in the flow field, which is affected by the ablation mass ejection rate and the mass proportion of alkali metal. When the alkali metal content is high, the alkali metal ionization reaction is dominant, and the electron number density can increase by 1–2 orders of magnitude. The influences of different materials on plasma are different. The mass ejector ratio of silicon-based phenolic resin is larger, and the molar concentration of CO ⁺and C ⁺produced by ionization is close to that of NO ⁺and ${\mathrm{O}}_2^+ $ , which cannot be ignored. Alkali metal in ablative material can significantly improve the control effect of magnetohydrodynamics. With the increase of the proportion of alkali metal, the coupling effect of electromagnetic field increases, and the relationship between them is nonlinear. When the speed is low, the ionization degree of air itself is low and the coupling effect of electromagnetic field is weak. But the efficiency of “improving the electromagnetic effect by ablation of alkali metal” is higher.

Keywords:

作者及机构信息

1.
2.

通信作者:刘庆宗,546680018@qq.com

基金项目:国家重点研发计划 (批准号: 2019YFA0405203)和国家数值风洞工程资助的课题.

Authors and contacts

1.
2.

Corresponding author:Liu Qing-Zong,546680018@qq.com

Funds:Project supported by the National Key R & D Program of China (Grant No. 2019YFA0405203) and the National Numerical Wind Tunnel Project of China.

文章全文: translate this paragraph

参考文献

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]

施引文献

下载: 全尺寸图片幻灯片

序号	反应	反应类型
1	O + N + 2.76 eV ⇔ NO⁺+ e	缔合电离
2	N + N + 5.82 eV ⇔ $\rm N_2^+$+e	缔合电离
3	O + O + 6.96 eV ⇔ $\rm O_2^+ $ + e	缔合电离
4	NO + M + 9.25 eV ⇔ NO⁺+ e + M	碰撞电离
5	O₂+ M + 12.08 eV ⇔ $\rm O_2^+ $ + e + M	碰撞电离
6	O + M + 13.61 eV ⇔ O⁺+ e + M	碰撞电离
7	N + M + 14.54 eV ⇔ N⁺+ e + M	碰撞电离
8	N₂+ M + 15.58 eV ⇔ $\rm N_2^+ $ + e + M	碰撞电离
9	O + e + M – 1.46 eV ⇔ O^–+ M	附着电离
10	O₂+ e + M – 0.44 eV ⇔ $\rm O_2^- $ + M	附着电离

下载: 导出CSV

序号	反应	序号	反应
1	C + O⇔ CO⁺+ e	4	C⁺+ CO ⇔ CO⁺+ C
2	C + e ⇔ C⁺+ e + e	5	C⁺+ O₂⇔$\rm O_2^+ $ + C
3	NO⁺+ C ⇔ NO + C⁺

下载: 导出CSV

序号	反应
1	Na + M ⇔ Na⁺+ e + M
2	Na + CO₂⇔ Na⁺+ e + CO₂
3	Na + H₂O ⇔ Na⁺+ e + H₂O
4	Na⁺+ NO ⇔ NO⁺+ Na
5	Na⁺+ O₂⇔ $\rm O_2^+ $ + Na

下载: 导出CSV

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]

[1]	李文秋, 唐彦娜, 刘雅琳, 马维聪, 王刚.各向同性等离子体覆盖金属天线辐射增强现象. 必威体育下载 , 2023, 72(13): 135202.doi:10.7498/aps.72.20230101
[2]	牛中国, 许相辉, 王建锋, 蒋甲利, 梁华.飞翼模型纵向气动特性等离子体流动控制试验. 必威体育下载 , 2022, 71(2): 024702.doi:10.7498/aps.71.20211425
[3]	牛海波, 易仕和, 刘小林, 霍俊杰, 冈敦殿.高超声速三角翼上横流不稳定性的实验研究. 必威体育下载 , 2021, 70(13): 134701.doi:10.7498/aps.70.20201777
[4]	牛中国, 许相辉, 王建峰, 蒋甲利, 梁华.飞翼模型纵向气动特性等离子体流动控制试验研究. 必威体育下载 , 2021, (): .doi:10.7498/aps.70.20211425
[5]	张世健, 喻晓, 钟昊玟, 梁国营, 许莫非, 张楠, 任建慧, 匡仕成, 颜莎, GennadyEfimovich Remnev, 乐小云.烧蚀对强脉冲离子束在高分子材料中能量沉积的影响. 必威体育下载 , 2020, 69(11): 115202.doi:10.7498/aps.69.20200212
[6]	蔡颂, 陈根余, 周聪, 周枫林, 李光.脉冲激光烧蚀材料等离子体反冲压力物理模型研究与应用. 必威体育下载 , 2017, 66(13): 134205.doi:10.7498/aps.66.134205
[7]	余觉知, 胡勇胜, 李泓, 黄学杰, 陈立泉.一类阴离子自由基液态电极材料研究. 必威体育下载 , 2017, 66(8): 088201.doi:10.7498/aps.66.088201
[8]	张洁, 钟昊玟, 沈杰, 梁国营, 崔晓军, 张小富, 张高龙, 颜莎, 喻晓, 乐小云.强脉冲离子束辐照金属材料烧蚀产物特性分析. 必威体育下载 , 2017, 66(5): 055202.doi:10.7498/aps.66.055202
[9]	黄艳平, 袁健美, 郭刚, 毛宇亮.硅烯饱和吸附碱金属原子的第一性原理研究. 必威体育下载 , 2015, 64(1): 013101.doi:10.7498/aps.64.013101
[10]	冯培培, 吴寒, 张楠.超短脉冲激光烧蚀石墨产生的喷射物的时间分辨发射光谱研究. 必威体育下载 , 2015, 64(21): 214201.doi:10.7498/aps.64.214201
[11]	李志辉, 彭傲平, 方方, 李四新, 张顺玉.跨流域高超声速绕流环境Boltzmann模型方程统一算法研究. 必威体育下载 , 2015, 64(22): 224703.doi:10.7498/aps.64.224703
[12]	陈文波, 龚学余, 路兴强, 冯军, 廖湘柏, 黄国玉, 邓贤君.基于动理论模型的一维等离子体电磁波传输特性分析. 必威体育下载 , 2014, 63(21): 214101.doi:10.7498/aps.63.214101
[13]	王文亭, 张楠, 王明伟, 何远航, 杨建军, 朱晓农.飞秒激光烧蚀金属靶的冲击温度. 必威体育下载 , 2013, 62(21): 210601.doi:10.7498/aps.62.210601
[14]	郑灵, 赵青, 罗先刚, 马平, 刘述章, 黄成, 邢晓俊, 张春艳, 陈旭霖.等离子体中电磁波传输特性理论与实验研究. 必威体育下载 , 2012, 61(15): 155203.doi:10.7498/aps.61.155203
[15]	付志坚, 陈其峰, 陈向荣.部分电离金属钛和银等离子体输运性质的计算. 必威体育下载 , 2011, 60(5): 055202.doi:10.7498/aps.60.055202
[16]	高勋, 宋晓伟, 郭凯敏, 陶海岩, 林景全.飞秒激光烧蚀硅表面产生等离子体的发射光谱研究. 必威体育下载 , 2011, 60(2): 025203.doi:10.7498/aps.60.025203
[17]	王彬, 谢文楷.等离子体加载耦合腔慢波结构色散分析. 必威体育下载 , 2007, 56(12): 7138-7146.doi:10.7498/aps.56.7138
[18]	吴迪, 宫野, 刘金远, 王晓钢, 刘悦, 马腾才.强流脉冲离子束烧蚀等离子体向背景气体中喷发的数值研究. 必威体育下载 , 2007, 56(1): 333-337.doi:10.7498/aps.56.333
[19]	苏纬仪, 杨涓, 魏昆, 毛根旺, 何洪庆.金属平板前等离子体的电磁波功率反射系数计算分析. 必威体育下载 , 2003, 52(12): 3102-3107.doi:10.7498/aps.52.3102
[20]	董贾福, 唐年益, 李伟, 罗俊林, 郭干诚, 钟云泽, 刘仪, 傅炳忠, 姚良骅, 冯北滨, 秦运文.HL-1M装置超声分子束注入等离子体穿透特性的诊断. 必威体育下载 , 2002, 51(9): 2074-2079.doi:10.7498/aps.51.2074

计量

文章访问数:1104
PDF下载量:37
被引次数:0

搜索

留言板