超高速飞行器气动外形对电波传播特性的影响
2018-06-14 06:10:32尹伟科
西安电子科技大学学报
2018年3期
杨 鑫， 魏 兵， 尹伟科， 谭 畅
(1. 西安电子科技大学 物理与光电工程学院，陕西 西安 710071； 2. 西安电子科技大学 信息感知技术协同创新中心，陕西 西安 710071; 3. 陕西省等离子体物理与应用技术重点实验室，陕西 西安 710100)
当飞行器在大气层中以超高音速飞行时，其表面与大气激烈的相互作用将使周围气体电离，形成一层包裹飞行器的等离子体薄层，即等离子体鞘套[1-2]．等离子体鞘套在一定条件下会强烈干扰电波信号，甚至中断通信而威胁飞行安全，产生所谓的“黑障”现象．从20世纪60年代起，人们对鞘套中电波的传播特性进行了大量的研究[3-13]．但因等离子体鞘套电波传输特性的实验条件苛刻，前期往往采用理论分析和数值计算相结合的方法进行研究．数值方法在低频时常用时域有限差分(Finite Difference Time Domain，FDTD)方法，高频时可以采用射线跟踪算法．近年来，采用高频率的电磁波穿透鞘套实现无障碍通信，已成为克服黑障效应的可能技术之一．然而，鞘套中的电波传输特性与其电子浓度分布有关，而电子浓度分布又与飞行速度、高度、飞行器外形等均有关系．在现有文献对在不同飞行器外形条件下，鞘套中电波传输特性的研究并不多．鉴于此，笔者采用非均匀介质中的射线跟踪理论，研究了典型飞行目标(钝头和尖头)外部等离子体鞘套对高频电波的干扰特征．结果表明，尖头外形飞行器对应的外部鞘套流场的电子浓度量级较低，更有利于电波的传播．
