MRTD方法的色散特性分析和电磁散射应用

将基于Daubechies尺度函数的时域多分辨(Multiresolution time-domain,MRTD)方法应用于三维目标的电磁散射和雷达目标特性分析中,并对其Courant稳定性条件和色散特性进行了分析.在入射波引入方面,提出应用总场/散射场技术,在连接边界周围定义一些"修正区域",并推导出一系列"修正区域"内的迭代公式,把入射场作为"连接边界条件"引入到计算区域.理论分析和实验结果表明,基于Daubechies尺度函数的MRTD方法和入射波引入方法是有效的,且与传统的FDTD方法相比,MRTD方法在保持计算精度的前提下能够节省计算资源.     

武装直升机雷达散射截面计算及雷达吸波材料影响分析

为提高直升机雷达散射特性预估的准确性,建立了目标雷达散射特性分析的计算电磁学(Computational electromagnetics method,CEM)方法,并开展了吸波涂层对直升机雷达散射截面(Radar cross section,RCS)特性影响的研究。首先,对复杂目标(例如直升机)进行几何建模和网格划分,获得空间网格单元上的电磁场信息,作为整个电磁场仿真分析的计算基础。然后,通过介质球和涂覆电磁介质导体球的算例对比,分析结合共形技术的时域有限差分法(Finite difference time domain,FDTD)在处理介质物体及涂覆涂层介质物体的有效性,结果表明FDTD方法计算结果与级数解吻合。在此基础上,计算和对比了金属旋翼以及涂覆吸波涂层旋翼的RCS特性,分析了典型方位角入射下全机涂覆前后对RCS特性的影响。研究表明:旋翼表面全涂覆雷达吸波材料(Radar absorbing material,RAM)后对直升机旋翼的RCS抑制效果明显,在全机强散射部位涂覆RAM可以显著地降低RCS特性,涂层的使用在直升机的隐身设计中起到关键的作用。     

开槽钝锥体及等离子体鞘套的RCS特性研究

采用时域有限差分(FDTD)方法研究了等离子体鞘套包覆目标的电磁散射特性,发展了超高速飞行器及其等离子体鞘套RCS特性并行计算软件.采用发展的软件完成了超高速开槽钝锥后向远区时域特性和0°入射角附近的电磁散射截面积(RCS)的计算分析,并在中国空气动力研究与发展中心的气动物理靶上进行了超高速开槽钝锥体的RCS验证试验.研究表明:在钝锥体表面开环槽并填充透波性能良好的介质材料相当于在钝锥体表面人为地增加了一个散射中心;在低频区和谐振区,开槽后钝锥体的RCS在原值周围变化,而在高频区,钝锥体的RCS在0°入射角附近很宽的范围内均显著增大.     

基于面元边缘法的直升机RCS计算与分析

针对直升机的雷达散射截面(Radar cross section,RCS)的计算特点,将物理光学法和等效电磁流法相结合,建立了一套基于"面元-边缘"的分析方法.在该方法中,首先对复杂目标(如直升机)进行几何建模和网格划分,然后通过转换程序,获取目标的拓扑结构数据文件;其次在考虑遮挡影响下,分别进行目标表面散射场和边缘绕射场的计算;最后叠加获得总的散射场.在通过球板组合和某外形结构复杂的导弹算例验证本文分析方法有效性的基础上,对某直升机分别沿方位角、俯仰角和滚转角三个方向的RCS进行了计算和分析,并研究了挂架、导弹对直升机整体RCS的影响,获得了一些减缩直升机RCS的外形设计方案.     

ADI-FDTD在激励源和完纯导体边界处的精确格式

证明了当采用交替方向隐式时域有限差分法(AD I-FDTD)计算时,完纯导体和激励源处的算法格式与无源空间的算法格式不同,并推导了AD I-FDTD算法在源和完纯导体所在网格处的精确格式。利用常规的FDTD、无源空间的AD I-FDTD以及在源和导体处采用精确格式的AD I-FDTD,分别计算了点源激励的在自由空间传播的二维TE波、TM波垂直入射于金属条带FSS的散射场。计算结果表明,如果计算域中包含导体或激励源,直接采用通常的AD I-FDTD格式会带来很大的计算误差,而采用该精确格式后,计算结果与FDTD的计算结果吻合,从而证明了本文导出的AD I-FDTD在导体和激励源处的精确格式的正确性和使用的必要性。     

等离子体覆盖目标散射特性的RKETD-FDTD分析

采用一种既保证计算的高效率,又有较高的计算精度的龙格库塔指数时程差分时域有限差分法(RKETD-FDTD)研究了等离子体的散射特性.该算法解决了电磁波在色散介质中传播的计算问题,导出了在等离子体介质中RKETD-FDTD迭代公式.文中分别计算了等离子体平板的反射系数和非均匀等离子体覆盖导体柱的散射特性,所得结果与解析结果相符合,并且表明等离子体涂层选择合适的碰撞频率,能有效地减小目标的雷达散射截面(RCS).     

行波管放大器的时域粒子模拟计算参数

模拟计算行波管放大器的注-波互作用段是工业设计制管过程中最重要、最复杂的环节之一,为达到在这一环节中快速而准确地进行模拟计算参数设置,本文采用时域粒子模拟(Particle-in-cell, PIC)技术与时域有限差分方法(Finite difference time domain, FDTD)编写C程序有针对性地对这一问题展开计算与研究.经过比较与分析可知,网格数目这一参数要比宏粒子数目敏感度更高.本文研究的结果为快速而准确地完成工业设计提供了取值参考.     

基于CEM方法的直升机RCS计算及参数分析

为提高直升机雷达散射特性预估的准确性,建立了目标雷达散射特性分析的计算电磁学方法(Computational electromagnetics method,CEM),并开展了结构参数对雷达散射截面(Radar cross section,RCS)特性影响的研究。以微分形式的Maxwell方程作为电磁特性求解的控制方程,电磁计算网格采用Yee元胞的技术生成,对控制方程进行时间和空间的中心差分格式离散。应用完全匹配层(Perfect matching layer,PML)技术作为吸收边界条件,并与基于等效原理的近远场外推法相结合,建立了直升机RCS的高精度数值方法。分别采用二维无限长导体圆柱和三维金属立方体作为验证算例,结果表明CEM方法比高频方法具有明显的高精度特点。在此基础上,研究翼型厚度、弯度、桨叶片数对旋翼雷达散射特征的影响机理和变化规律,同时计算机身不同结构布局参数下的RCS特性,分析短翼和平尾对机身强散射特征的影响规律。研究表明:桨尖是旋翼的重要散射源之一,采用薄翼型桨叶能有效改善旋翼的雷达散射性能,短翼和平尾会在不同角域内增加机身的雷达散射截面,在直升机隐身设计中需要重点考虑。     

三维复杂目标求解的多层快速多极子方法

采用多层快速多极子方法(Multilevel fast multipole algorithm,MLFMA)求解混合场积分方程(Combined field integral equation,CFIE),并选择RWG型基函数,对金属带缝锥球体、三面角反射器以及钻石体的单站RCS(Radar cross section)进行了计算,计算结果与试验吻合良好.在此基础上计算了F-22缩比模型的单站RCS,其计算量、存储量分别达到O(NlogN)量级和O(N)量级,此方法适用于带有尖点和特别细长曲面的三维复杂目标,如战斗机外形的RCS计算分析.     

HLLC方法在三维非结构网格上的应用

以三维非结构网格的显式有限体积法为基础，采用格心方法以及基于近似黎曼解的二阶精度Godonov扩展方法求解三维Euler方程，使用HLLC(Harten，Lax，van Leer,Contact)近似黎曼解的方法计算网格单元边界处的守恒量通量。为了验证方法的可行性，利用三维解算器对NACA0012翼型绕流进行了数值计算，结果令人满意。在此基础上对某型弹的流场进行了数值模拟，取得了比较好的结果。     

等离子体电波传播及散射问题的CDRC-ADI-FDTD方法

首次把交替方向隐式技术(AD I)与等离子体的电流密度递归(CDRC)卷积技术结合,给出了碰撞非磁化等离子体的CDRC-AD I-FDTD方法。推导了碰撞非磁化等离子体中的二维CDRC-AD I-FDTD迭代公式,并用算例验证了碰撞非磁化等离子体CDRC-AD I-FDTD算法也是无条件稳定的。计算结果表明,等离子体CDRC-AD I-FDTD算法与传统的FDTD方法和等离子体JEC-FDTD方法的计算结果吻合,计算效率更高。     

Runge-Kutta Multi-resolution Time-Domain Method for Modeling 3D Dielectric Curved Objects

A conformal Runge-Kutta multi-resolution time-domain(C-RKMRTD)method is present and applied to model and analyze curved objects.Compared with the non-conformal method,the proposed method is more accurate.The scattering analyses of the cylinder and ellipsoid are presented to validate the proposed method.The numerical results demonstrate that the proposed scheme perform better than the MRTD method and other higher order methods with a higher accuracy.     

切比雪夫多项式在动态载荷识别中的应用

依据广义正交域理论,应用一维切比雪夫广义多项式的正交性解决单自由度系统动态载荷时域识别问题,获得了基本计算模型。通过假定数据条件下定频模拟激励动态载荷,根据满足普遍意义的单自由度系统动力学方程计算出系统的加速度响应,结合应用广义正交多项式进行载荷识别的基本计算模型进行动态载荷仿真识别,并将仿真识别结果和激励动态载荷进行比对,对比识别结果,确定一维切比雪夫广义加权正交多项式应用于时域动态载荷识别在理论上具有可行性。在理想条件下,飞行器单处测点满足单自由度系统,应用试验记录的其加速度响应,通过载荷识别计算模型对其动态载荷进行了识别,给出了时域内的载荷识别结果,由于对计算模型及识别对象做了简化处理,在一定程度上降低了动态载荷识别的复杂度,因此,在将结果应用到工程实际中时还需进一步拓展。     

ADS-B广播式自动相关监视原理及未来的发展和应用

广播式自动相关监视（ADS-B）是一种基于GPS全球卫星定位系统和地／空、空／空数据链通信的航空器运行监视技术,其中978 MHz的ADS-B技术——UAT系统在通用航空领域空管方面有广泛应用。中国民航飞行学院作为亚洲最大的飞行学院率先在亚洲应用ADS-B技术,从2005年至今,ADS-B系统累计运行超过10万飞行小时,工作稳定可靠。该系统极大地提高了飞行训练容量和飞行训练监控的能力。虽然学院应用了ADS-B技术,但只应用了它的部分功能。实际上ADS-B技术还有很多功能没有使用,如FIS-B和TIS-B功能等。利用学院现有的设备,未来ADS-B具有极大的应用空间。由于ADS-B采用TDMA和随机寻址广播技术,最大实时监控飞机多达500架。本文就ADS-B中的TDMA和随机寻址广播技术以及它未来广泛的应用前景进行粗浅的讨论。     

(001)SiO2衬底上LiNbO3光波导薄膜的制备

采用脉冲激光淀积技术，在（００１）取向的ＳｉＯ２衬底上制备了ＬｉＮｂＯ３薄膜。为了防止淀积过程缺氧，往淀积腔内充入１０～１５Ｐａ的流动氧气，淀积速度０．３～１．０ｎｍ／ｍｉｎ，淀积时间１ｈ，淀积结束后，充入０．６Ｐａ的氧气，在６５０℃保温０．５ｈ。采用ｘ射线衍射和扫描电镜对ＬｉＮｂＯ３薄膜的微观结构及表面形貌进行了检测。结果表明：ＬｉＮｂＯ３薄膜具有（０１２），（０２４）典型的ＬｉＮｂＯ３粉末晶体衍射峰，薄膜成分晶体结构比较纯净，而且薄膜表面光滑。利用棱镜耦合法将波长为０．６３８μｍ的激光束耦合到ＬｉＮｂＯ３薄膜中，观察到ＬｉＮｂＯ３薄膜具有较好的光波导性能，可望应用于非线性光学器件     

三维复杂腔体的时域有限差分法分析

在计算三维复杂腔体雷达截面的时域有限差分法中，提出了一种简单的计算域设置方法。它由腔壁和腔口面外侧的吸收边界围成，与包围目标的常用计算域设置方法相比，忽略了腔边缘的绕射作用，但具有节省计算机存储空间，无需额外抽取外腔壁对电磁波的散射。数值结果表明该设置方法是合理可行的。     

基于时域有限差分法平面光波的一维吸收边界条件

吸收边界条件的选取在使用时域有限差分法分析设计衍射光学元件的过程中有着举足轻重的作用。文章从麦克斯韦方程组出发,推导出了一维吸收边界条件的解析解及该吸收边界对TEM波的反射系数,用数值模拟验证了在激励源分别处于讨论区域右边、中间,且在TEM波传播的同时一直存在的情况下,一维Mur一阶吸收边界条件和波延迟法的优质吸收效果。对两种边界条件的计算误差进行了对比和分析,结果表明Neum ann边界条件波形稳定早,数值精度高,Mur一阶边界条件波形稳定稍迟,有一定误差,但吸收效果很好。