洲际滑翔飞行器天基红外探测的信噪比分析

洲际滑翔飞行器(IGV)在超高速飞行过程中,由于气动加热严重,红外辐射显著.我们的分析和计算表明,美国正在试验部署的空间探测和监视系统(STSS)对于IGV的红外探测信噪比,在2.7μm附近的短波波段,达到10~3–10~5,而STSS跟踪和识别的红外探测信噪比阈值分别约为3和30,这意味着STSS对于IGV非常有效.在IGV突防能力的公开论述中,"轨道机动难于预测"是核心立足点.但IGV的横向平均加速能力仅约0.15g,而美国导弹防御系统已具备将探测系统获得的目标信息及时传递到其指挥系统和拦截弹的能力.通过定量估计容易证明,利用天基红外探测,IGV轨道机动不仅可预测,而且精度高,故"难于预测"之说不能成立.     

一种新的远程超低巡航飞行方式

提出一种新的巡航飞行方式,在地球表面的垂直方向上,利用离心力,辅之火箭推力,平衡重力,以保持飞行高度;在地球表面的平行方向上,依靠助推段获得的速度,惯性前进.这种飞行方式适合于高空稀薄气体环境,可将高超声速巡航飞行高度从传统的30km附近拓展到100km附近.     

变比热真实气体效应的高超声速槽道湍流直接数值模拟

在高超速情况下,利用直接数值模拟方法,我们研究了真实气体效应(振动由度激发导致比热随温度变化)对槽道湍流影响,并与不考虑振动由度激发情况进行了比较.我们发现振动能激发对统计平均量影响主要体现在温度上,它能够抑制湍流场中平均温度升高;而对于密度,速度及压强影响很小.振动由度激发使原分运动更加剧烈,以致湍流场趋于平坦,表现为脉动值、相关函数及互相关函数减小.同时,由于振动能激发过程是一个吸热过程,因此它对湍流有抑制作用,表现在减小涡量、抑制湍能成及耗散等方面.振动由度激发对于湍流两点相关量、偏斜因及平坦因影响很小.     

Rayleigh-Bénard热对流的动理论分析

利用基于分子动理论的直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法, 研究了Rayleigh-Bénard问题. 计算中, 上下平板表面温度之比固定为0.1. Kn = 0.01时, 随着Ra数的增大, 大约在1700附近, 流动从热传导状态转变为热对流状态, DSMC计算得到的下平板热流与Ra数的关系与经典实验和理论结果相符. Kn = 0.05时, 流动保持稳定的热传导状态, Ra数的增大并不能引发热对流现象.     

高超声速巡航飞行性能的优化分析

高超声速巡航速度获得和维持都要消耗很多燃料, 通过分析它们与飞行参数的关系, 给出了高超声速巡航飞行的最佳速度. 在相同飞行距离下, 高超巡航飞行性能和最小能量弹道的比较表明, 基于火箭动力的高超声速巡航导弹在现阶段很有竞争力.     

电子束物理气相沉积钇钛合金薄膜的组分和厚度分布

大面积薄膜的组分和厚度分布是实际工艺中最为关心的问题之一. 利用实验和直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法, 分别研究了双电子束和三电子束物理气相沉积(EBPVD)中, 钇和钛蒸气原子的三维低密度、非平衡射流, 获得了它们在100和150 mm单晶硅基片表面的沉积厚度和组分的分布. DSMC结果与钇和钛的蒸发速率的石英晶振探头原位测量值, 沉积薄膜厚度分布的台阶仪和Rutherford背散射仪的测量数据, 沉积薄膜组分分布的Rutherford背散射仪和电感耦合等离子体原子发射光谱仪测量值, 均相符甚好. 这表明通过DSMC方法与精细测量相结合, 可在原子水平上实现EBPVD输运工艺的定量预测和设计.