超高速飛行器共形亞網格電磁散射特性分析的仿真方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于超高速飛行器電磁散射特性技術領域，特別是一種超高速飛行器共形 亞網格電磁散射特性分析的仿真方法。
【背景技術】
[0002] 在現代化戰爭中，武器系統的雷達散射截面積（RCS)是雷達系統對目標"可觀測 性"的一個重要指標。開展臨近空間高超聲速目標電磁特性研究，可為有效探測臨近空間高 超聲速飛行器及武器突防提供技術支持。傳統的RCS計算軟件大多是基于飛行器本體目標 開發的，等離子體鞘套與電磁波相互作用機理十分復雜，傳統的光學近似分析方法顯得較 難分析。所以需要采用別的數值方法對臨高超聲速涂覆隱身目標電磁特性進行計算仿真， 從高超聲速飛行器流場分布出發，實現臨近空間高超聲速隱身目標寬頻帶、寬角度、多站， 全極化的電磁特性高效數值分析，為臨近空間高超聲速飛行器雷達目標特性變化規律的研 究以及突防評估與設計提供技術基礎。
[0003] 現有的利用時域有限差分法FDTD方法分析高超聲速飛行器還存在兩個問題：
[0004] (1)時域有限差分法FDTD方法建模不夠靈活，由于高超速飛行器高速飛行產生的 等離子體鞘套形狀各異，飛行器的氣動外形各異，普通時域有限差分法FDTD無法模擬高超 速飛行器的氣動外形；
[0005] (2)由于等離子鞘套各部分電磁參數各異，而計算網格的剖分尺寸是按照最大的 介電參數確定的，而介電參數較大的部分可能是很小的一部分，這樣勢必會為了那一小部 分相對介電參數較大的部分整體采用細網格，這樣就犧牲了整體的計算時間。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于提供一種適應性好、計算效率高的超高速飛行器共形亞網格電 磁散射特性分析的仿真方法。
[0007] 實現本發明目的的技術解決方案為：一種超高速飛行器共形亞網格電磁散射特性 分析的仿真方法，步驟如下：
[0008] 步驟1，根據飛行器的氣動外形和飛行的速度高度進行氣動熱力學仿真，得到目標 周圍的溫度、壓強、離子濃度，由仿真信息確定各部分等離子體碰撞頻率u和等離子體震 蕩頻率ω ρ ;
[0009] 步驟2,采用四面體對飛行器模型連同等離子鞘套一起進行剖分，得到飛行器模型 的結構信息，所述飛行器模型的結構信息包括四面體的個數和每個四面體上點的坐標； [0010] 步驟3,將流場點信息映射到時域有限差分法FDTD計算網格的棱線上，根據棱線 上的碰撞頻率和震蕩頻率確定相對介電常數L大于6的區域進行亞網格處理；
[0011] 步驟4,時域有限差分法FDTD計算網格的棱線與金屬面交界的地方采用共性時域 有限差分法CFDFD進行處理；
[0012] 步驟5,等離子體區域采用等離子體的迭代公式進行計算，最終確定超高速飛行器 的雷達散射截面積。
[0013] 本發明與現有技術相比，其顯著優點為：（1)將物體進行四面體剖分，可以很好的 擬合復雜物體的外形，提高計算精度；（2)采用亞網格技術，根據介電常數自適應找到需要 進行細網格處理的區域，其余部分仍然采用正常網格，可大大的減小了計算時間；（3)細分 的區域可擬合相對介電常數較大部分的形狀，具有很好的適應性和更高的計算效率。
[0014] 下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發明超高速飛行器與等離子體鞘套剖分示意圖。
[0016] 圖2是本發明超高速飛行器亞網格處理的示意圖。
[0017] 圖3是本發明金屬共形示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 對于超高速飛行器，在高速飛行過程中飛行器周圍會形成等離子鞘套，等離子體 鞘套與電磁波相互作用機理十分復雜，傳統的高頻方法較難分析，本發明超高速飛行器共 形亞網格電磁散射特性分析的仿真方法，在時域有限差分法（FDTD)的基礎上對超高速飛 行器的電磁特性進行建模分析，加入金屬曲面共形技術，提高了計算精度，具體步驟如下：
[0019] 步驟1，根據飛行器的氣動外形和飛行的速度高度利用FD-FASTRAN軟件進行氣動 熱力學仿真，得到所需要的流場信息即目標周圍的溫度、壓強、離子濃度，由仿真信息確定 各部分等尚子體碰撞頻率 U和等尚子體震蕩頻率ωρ。
[0020] FD-FASTRAN軟件特別適合應用于航空、航天工業中，尤其在高超聲速CFD計算領 域以其高效、穩健、合理的計算結果而獲得業內人士的廣泛認可。
[0021] 步驟2,采用四面體對飛行器模型連同等離子鞘套一起利用商用軟件進行剖分，如 圖1所示，得到飛行器模型的結構信息，所述飛行器模型的結構信息包括四面體的個數和 每個四面體上點的坐標。
[0022] 步驟3,將流場點信息映射到時域有限差分法FDTD計算網格的棱線上，由映射找 到這些棱線中相對介電參數較大的部分，根據棱線上的碰撞頻率和震蕩頻率確定相對介電 常數L大于6的區域進行亞網格處理；如圖2所示的是一個等離子體鞘套示意圖，顏色較 深的區域（兩條細帶之間），相對介電參數較大，示意圖中采用了細網格處理，用細網格擬 合這部分形狀，如圖2中的陰影部分所示。
[0023] 所述將流場點信息映射到時域有限差分法FDTD計算網格的棱線上，即取棱線的 三等分點，并依次確定離每個等分點最近的流場點的等離子體碰撞頻率u和等離子體震 蕩頻率ω ρ，將確定的三個等離子體碰撞頻率u取平均得到該條棱線的等離子體碰撞頻率 5 ,將三個等離子體震蕩頻率ωρ取平均得到該條棱線的等離子體震蕩頻率巧^根據棱線 上的碰撞頻率反和震蕩頻率巧結合公式（1)確定相對介電常數L大于6的區域，ω是入 射波的角頻率，則：
[0024]
(1)
[0025] 相對介電常數L大于6的區域進行亞網格處理。
[0026] 步驟4,時域有限差分法FDTD計算網格的棱線與金屬面交界的地方采用共性時域 有限差分法CFDFD進行處理。圖3為理想導體的共形網格在xoy平面內的截面示意圖，陰