[發明專利]高超音速飛行目標流場模型與電磁模型耦合方法

有效

• 申請號: 201711441260.2
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108170948B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 韓一平;陳安濤;孫浩宇;艾夏;吳哲鋒;汪加潔;崔志偉;趙文娟
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西安知誠思邁知識產權代理事務所(普通合伙) 61237
• 代理人: 麥春明

本發明公開了高超音速飛行目標流場模型與電磁模型耦合方法，取適當的體積使其包含目標及其周圍流場組合體模型，并對該體積進行所需電磁網格的劃分，將各流場網格節點映射到電磁網格中，對電磁網格中包含流場節點的網格采用其中包含的流場節點數據平均值代替電磁網格所在位置的流場數據；對其余電磁網格通過對已有數據電磁網格線性插值技術來得到其所在位置的流場數據；將全部電磁網格位置上的流場數據通過公式轉化為電磁仿真所需要的電磁參數；建立等離子體Drude模型，轉換到時域進行仿真和計算。耦合方法更加合理，可以更好的發揮時域算法的優越性。

技術領域

本發明屬于電磁技術領域，特別是涉及一種高超音速飛行目標流場模型與電磁模型耦合方法。

背景技術

針對流場模型與電磁模型的特點：流場模型中網格的疏密程度由目標表面的曲率及介質分界面決定，在表面曲率比較大或者分界面人為加密處流場網格分布較密，其余部分流場較為稀疏，網格規格一般不一致。基于六面體網格的時域有限差分等計算方法所用的電磁模型網格一般為統一規格且均勻分布的結構化網格。

流場網格模型與電磁場網格模型不同，流場網絡模型中的網格大小形狀不一致，流場仿真輸出數據為流場網格節點對應的坐標點及該位置處流場的溫度、壓強、密度、各粒子數密度等；而電磁仿真中需要的物理量為各網格處的等離子體頻率和碰撞頻率；在電磁計算中無法直接應用流場數據，因而需要將流場模型轉化為電磁仿真中所需要的電磁模型，即流場模型與電磁模型間的耦合。

流場模型與電磁模型耦合方法是將流場參數轉換為電磁參數的一種轉換方法，是精確仿真含有流場目標電磁問題中必不可少的環節。它廣泛地應用于高超音速飛行目標電磁散射特性分析的研究領域。耦合方法的合理性對整個仿真結果的準確性會產生很大的影響。

目前進行的高超音速(約6000公里/小時以上)飛行器電磁散射特性分析過程中主要是流場網格向四面體電磁網格轉化，采用有限元-邊界積分方法進行電磁散射特性的計算。流場網格向四面體電磁網格轉化的過程中采用了點信息映射-以離散點確定有限體積空間方式、按距離投影映射方式等，其中后者比前者精度更高。四面體電磁網格限制了采用六面體網格模型方法的應用，如時域有限差分方法等。若想采用以六面體網格模型為基礎的時域有限差分算法，就無法應用這種四面體的電磁網格，無法發揮出此類算法在此領域的優勢。采用六面體網格的現有技術中一般將流場物理量轉化為相對介電常數，再根據相對介電常數的大小進行后續處理，此方法在流場數據轉化為相對介電常數過程中對應的是點頻條件，對于寬頻帶脈沖波入射條件下不再適用，而寬頻帶脈沖波作為入射波，一次計算就可以得到寬頻帶范圍內的所有頻域解恰好是時域有限差分方法等時域算法相對于頻域算法的優越性之一。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高超音速飛行目標流場模型與電磁模型耦合方法，將流場模型與六面體電磁網格模型進行耦合，耦合方法更加合理，可以更好的發揮時域算法的優越性。

本發明所采用的技術方案是，高超音速飛行目標流場模型與電磁模型耦合方法，按照以下步驟進行：

步驟1，使用流場仿真軟件仿真得到高超音速飛行目標周圍流場數據后，遍歷流場輸出數據中各節點三維坐標值，分別找出三維坐標對應的最大值和最小值；

步驟2，根據步驟1得到的三維坐標最大值和最小值，建立合適大小的包含目標及其周圍流場組合體的長方體計算空間，作為電磁仿真中的計算區域；

步驟3，對步驟2建立的計算空間進行電磁網格的劃分；

步驟4，根據步驟1確定的三維坐標最大值和最小值，確定每個電磁網格八個頂點坐標值，對流場節點三維坐標進行一次遍歷，通過判斷流場節點坐標與電磁網格坐標的關系判斷每個流場節點是否在電磁網格八個頂點坐標范圍內，并將其映射到對應的電磁網格中，同時統計每個電磁網格中流場節點的個數m；

步驟5，對包含流場節點的電磁網格建立其與其中包含的流場節點流場參數的聯系；