[發(fā)明專利]一種快速確定部件微放電閾值的時(shí)域數(shù)值模擬方法

有效

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• 申請日: 2019-06-27
• 公開（公告）號: CN110414053B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李韻;崔萬照;王琪;王新波;張劍鋒;王洪廣
• 申請（專利權(quán)）人: 西安空間無線電技術(shù)研究所
• 主分類號: G06F30/367
• 分類號: G06F30/367
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 臧春喜

本發(fā)明公開了一種快速確定部件微放電閾值的時(shí)域數(shù)值模擬方法，包括：建立描述部件最小尺寸結(jié)構(gòu)的三維幾何模型，并將所述三維幾何模型剖分成多個(gè)六面體網(wǎng)格；確定三維幾何模型的邊界和材料屬性，以及材料的二次電子發(fā)射特性參數(shù)；采用宏粒子模擬空間中的自由電子，定義宏粒子的初始能量、電荷量、質(zhì)量、初始分布狀態(tài)和初始運(yùn)動(dòng)方向；建立宏粒子鏈表，并進(jìn)行宏粒子鏈表初始化；基于三維幾何模型、三維幾何模型的邊界和材料屬性、材料的二次電子發(fā)射特性參數(shù)、以及宏粒子鏈表，從微放電閾值掃描功率起始值Psubgt;0/subgt;開始，進(jìn)行微放電閾值數(shù)值模擬。通過本發(fā)明提高了微放電數(shù)值模擬的仿真效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于星載微波部件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種快速確定部件微放電閾值的時(shí)域數(shù)值模擬方法。

背景技術(shù)

航天器大功率微波部件的高微放電風(fēng)險(xiǎn)是影響航天器有效載荷長壽命、高可靠性的關(guān)鍵性因素，也是大功率應(yīng)用下衛(wèi)星最大的單點(diǎn)失效環(huán)節(jié)。對于大功率微波部件微放電設(shè)計(jì)而言，有效的數(shù)值模擬和閾值分析是進(jìn)行地面驗(yàn)證的關(guān)鍵步驟，能夠避免由于實(shí)驗(yàn)和反復(fù)更改設(shè)計(jì)帶來的研制周期過長、甚至于無法獲得最大工作功率可靠性設(shè)計(jì)的問題。

基于全波電磁計(jì)算和粒子軌跡推進(jìn)實(shí)現(xiàn)的微放電三維數(shù)值模擬技術(shù)是目前國際上最先進(jìn)的微放電分析技術(shù)，是微放電機(jī)理驗(yàn)證的關(guān)鍵技術(shù)，是微放電抑制技術(shù)優(yōu)化克服無法窮舉實(shí)驗(yàn)參數(shù)的必要手段，更是航天器大功率微波部件設(shè)計(jì)的必需工具。

對復(fù)雜微波部件，如何提高航天器大功率微波器件微放電效應(yīng)數(shù)值模擬速度，縮減實(shí)際微波器件微放電閾值預(yù)測時(shí)間，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種快速確定部件微放電閾值的時(shí)域數(shù)值模擬方法，以提高微放電數(shù)值模擬仿真效率。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種快速確定部件微放電閾值的時(shí)域數(shù)值模擬方法，包括：

建立描述部件最小尺寸結(jié)構(gòu)的三維幾何模型，并將所述三維幾何模型剖分成多個(gè)六面體網(wǎng)格；

確定三維幾何模型的邊界和材料屬性，以及材料的二次電子發(fā)射特性參數(shù)；

采用宏粒子模擬空間中的自由電子，定義宏粒子的初始能量、電荷量、質(zhì)量、初始分布狀態(tài)和初始運(yùn)動(dòng)方向；建立宏粒子鏈表，并進(jìn)行宏粒子鏈表初始化；

基于三維幾何模型、三維幾何模型的邊界和材料屬性、材料的二次電子發(fā)射特性參數(shù)、以及宏粒子鏈表，從微放電閾值掃描功率起始值P₀開始，進(jìn)行微放電閾值數(shù)值模擬。

在上述快速確定部件微放電閾值的時(shí)域數(shù)值模擬方法中，材料屬性，包括：介電常數(shù)ε_r，磁導(dǎo)率μ_r和電導(dǎo)率σ。

在上述快速確定部件微放電閾值的時(shí)域數(shù)值模擬方法中，二次電子發(fā)射特性參數(shù)，包括：二次電子發(fā)射系數(shù)δ_se、δ_se對應(yīng)的入射電子能量值E_m、二次電子發(fā)射系數(shù)為1時(shí)對應(yīng)的入射電子能量值E₁和E₂。

在上述快速確定部件微放電閾值的時(shí)域數(shù)值模擬方法中，宏粒子鏈表中記錄有：每個(gè)宏粒子的運(yùn)動(dòng)速度矢量與位移矢量。

在上述快速確定部件微放電閾值的時(shí)域數(shù)值模擬方法中，宏粒子鏈表初始化，包括：確定宏粒子的初始位移矢量隨機(jī)分布在微放電數(shù)值模擬區(qū)域，初始運(yùn)動(dòng)速度為零；確定所有六面體網(wǎng)格中總的宏粒子數(shù)目初始值為N₀。