雷达目标低频RCS可视化计算

随着计算机进一步发展,科学计算可视化越来越受到重视;而适用于低频区RCS(雷达散射截面)计算的传统方法MOM(矩量法),也越来越显示其价值;为了方便电磁计算和电磁建模,基于先进的计算机三维造型技术和可视化编程手段,采用回路线栅矩量法,计算低频区三维雷达目标RCS,与实验数据比较取得良好的计算结果,对RCS理论计算的工程应用起重要作用.     

飞行器表面三维流场与固壁温度场的耦合分析

分析了飞行器表面温度场形成的物理机制,建立了飞行器蒙皮温度场耦合计算的理论模型,较为完整的考虑了各种热源对飞行器蒙皮温度的作用.采用有限体积法和重整化群RNG(Renormalization Group)k-ε湍流模型对流场求解N-S方程,蒙皮固壁中采用热传导模型,采用离散坐标法DOM(Discrete Ordinates Method)计算蒙皮固体壁面对外界大气的辐射.通过数值计算研究了飞行高度、马赫数和内热源对蒙皮温度分布的影响,以及高度及马赫数对飞行器表面气动加热的作用.结果表明,该方法适合考虑飞行器外部流场、固壁等多种热源作用的温度场数值模拟.     

基于数字地图预处理的低空突防飞行路线规划

地形跟随/地形规避/威胁回避TF/TA²(Terrain Following, Terrain Avoidance, Threat Avoidance)路线规划是低空突防研究的关键技术.地形信息存贮在数字地图中.为保证所设计路线对飞行器来说是可实现的,研究了数字地图的预处理,把地形、威胁及飞行器性能等信息融合构造了虚拟的地形表面.预处理包括数据文件压缩、威胁信息转化为地形信息、数据插值、及地形的平滑处理.通过设计综合TF/TA²的指标函数、根据A^*算法对其转化,并采用优化方法,可实现三维TF/TA²路线规划.仿真结果证明了算法的有效性.     

对称面圆周角对轴对称降落伞流场特性的影响

根据降落伞的特点,通过3点假设(伞衣薄膜、伞的轴对称和流场定常),将三维复杂流动问题转化成二维轴对称问题,以节约计算时间.定义对称面圆周角,保持伞衣幅底部直径和顶孔直径不变,选取对称面圆周角在80°~140°范围内变化,建立一系列轴对称降落伞的计算模型.利用数值模拟手段,求解RNG (Renormalization Group)k-epsilon湍流模型下的N-S方程组,获得与有关单位试验相吻合的计算结果.分析发现对称面圆周角和伞衣幅高度对降落伞阻力影响很小.算例中阻力随对称面圆周角的变化在±0.28%以内.对称面圆周角的变化对轴对称降落伞尾流区流场的拓扑结构没有影响.对称轴上存在2个鞍点,随着对称面圆周角的增大,第1个鞍点的位置几乎不变,第2个鞍点的位置向尾流方向推移.     

火星空间大尺度电流体系分布特征

在MHD模型基础上, 对火星空间环境的电流分布进行了模拟. 结果表明, 火星空间存在着弓激波电流、磁堆积区电流、电离层电流和磁尾电流. 弓激波电流在激波曲面上均由北向南自成体系, 电流密度在弓激波顶区域较大. 在向阳面磁堆积区边界电流与电离层电流彼此耦合形成完整的回路, 在背阳面磁堆积区边界电流与磁尾中心电流片耦合形成完整的回路.      

低散射目标谐振区散射特性分析

用有限面元模拟导体表面，简化了任意三维金属物体的散射计算问题，用矩量法对标准球和仿球体的单站散射截面进行了计算，分析了雷达目标关于谐振区的散射特性，阐述了低频区将成为“隐身”目标的频域易控制窗口的观点。     

飞机座舱缝隙结构行波分析

应用可视化图形电磁计算(GRECO)技术求解高频区复杂目标面元与棱边后向散射场.对低散射截面的座舱而言,行波效应往往贡献较为显著,在某些空域内行波值甚至超过面元与棱边贡献,通过GRECO与行波混合法分析座舱目标的电磁散射特性,并给出其雷达散射截面(RCS)值.     

圆突矩形波导缝隙线阵设计

把常用的矩形波导一个宽面改成圆弧形构成的波导称为圆突矩形波导.这种波导与扇面波导相比:电性能相当;波导管结构更加简单,容易加工,便于安装.文中给出圆突矩形波导中主模场,圆曲面上纵向槽归一化谐振电导近似公式.设计了C和X波段波导曲面纵向谐振缝隙线阵,缝隙电压相位为同相分布,输入端匹配.实际测量了天线输入端电压驻波比和H面方向图,理论与实验相吻合.     

模糊树模型对有限样本集的逼近

对含高度非线性的复杂系统的辨识与建模提出了一种二叉线性模糊树方法.证明了对n维空间中任一闭集上的有限样本集或连续函数,总存在模糊树模型以任一精度逼近之.仿真结果表明,与已有的其它方法比较,模糊树模型不仅具有计算量小,精度高,对于输入空间维数不敏感等优点,同时它的逼近误差是单调下降的.模糊树模型在一定程度上模拟了对复杂问题进行分层、分段简化决策的思维过程.仿真结果描述了这种方法的性能.     

GRECO与行波求解低散射目标后向RCS

GRECO(Graphical Electromagnetic Computing)技术是目前分析高频区复杂目标雷达散射截面(RCS)最有效方法之一.对低散射截面目标而言,行波效应往往贡献显著,在行波效应较强的某些区域,行波值甚至超过面元与棱边贡献,本文通过GRECO与行波混合法求解低散射目标后向RCS.利用低散射支架为实例,给出与实验结果符合良好的RCS曲线,具有工程实用价值.     

非等间距显式算法在重力波非线性传播数值模拟中的初步应用

采用3阶TVD型显式时间积分方法,建立了2维可压缩大气中重力波非线性传播的非等间距显式数值模式．对小振幅重力波传播过程的模拟结果表明,该模式能够很好地再现小振幅重力波的传播过程,并能保持能量守恒关系和各扰动量之间的相位关系,与线性重力波理论预测的结果吻合很好．对有限振幅重力波的模拟结果表明,与格点数相同的等间距网格中的模拟结果相比,采用非等间距网格能够以更高的分辨率模拟重力波的不稳定传播直到破碎的整个过程;在非等间距网格中的模拟结果与在加密一倍的等间距网格中的模拟结果相同,说明了用非等间距网格模拟重力波的饱和与破碎过程是正确的,并且采用非等间距网格能够大大减少计算量．     

High-resolution, coupled thermosphere–ionosphere models for space weather applications

Current first-principles global models of the coupled thermosphere–ionosphere (T–I) system use grids that are too coarse to simulate the mesoscale and small-scale structures that occur in this complex system. These small-scale and mesoscale structures have a great effect on global-scale neutral and plasma distributions and have important consequences for daily space weather. In this paper, we present a new first-principles, high-resolution, T–I nested grid (TING) polar cap model that incorporates multiple nesting levels and two-way interaction. The TING model simulation of the electron densities and temperatures demonstrates the importance of high spatial resolution. It is found that both the mid-latitude electron density trough and its associated dawn electron temperature peak are more pronounced and structured in the nested grid than in the coarse grid. Using the TING model to simulate ionospheric F₂ region electron density variations with geomagnetic activity and universal time (UT) is also discussed.     

复杂目标GRECO方法的分屏显示计算

图形电磁计算(GRECO)是一种计算复杂目标雷达散射截面(RCS)的有效方法,但必须先有一个易于提取外形参数的数据文件.基于GRECO法,针对用各种通用商业软件造型生成的模型文件,利用商业软件Rhino进行转化,生成适于RCS计算的数据文件,这种处理数据的方法具有广泛的适用性,且不会丢失任何局部细节.通过分屏显示计算方法,提高了对电大尺寸目标的计算精度;采用OpenGL的显示列表技术使得程序运行花费较少的时间.结合GRECO的特点,提出了一种分析目标散射源的简便的方法,便于分析目标的雷达散射截面特性.结果表明,本方法与面劈法的计算结果吻合较好,具有较好的工程应用价值.     

复杂线束在双BCI耦合下的终端响应机理

高强度辐射场实验室环境下构建困难，应用双大电流注入(BCI)法替代辐照法进行抗扰度研究具有广阔的前景。针对当前双电流钳与线束耦合机理不清晰的问题，建立了双电流钳与线束耦合的精确解析模型。采用先分段后级联的方法对线束进行研究，首先在电流钳与线束的耦合区间建立π型等效电路模型，然后在电流钳与线束的非耦合区间基于传输线理论构建链路参数矩阵，最后将各区间级联为线束终端响应预测模型。基于有限积分法建立数值电磁仿真模型，比较解析模型与数值仿真模型对线束终端响应的预测结果，结果显示:二者对线束终端响应电压的求解结果有较好的一致性，MAPE为17%，进而验证了模型的有效性。应用模型分析电流钳与线束的相对位置对终端响应电压的影响，结果表明:低频段几乎无影响，超过100 MHz，线束终端响应电压的幅值与谐振点发生改变。      

PANS方法在双圆柱绕流数值模拟中的性能分析

PANS方法以传统的雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程为模板,引入控制参数对原方程进行修改,是一类能够有效模拟分离湍流流动的混合方法.采用基于Menter 剪切应力输运(SST)湍流模型的PANS方法,选取双圆柱绕流作为研究对象, 分析双圆柱流动结构,验证方法的准确性与可靠性,考察PANS方法中模型参数选取对于计算结果的影响,评估不同类型PANS方法的性能.研究表明:模化湍动能比例这一模型参数对计算结果有显著影响,且计算域内统一的模型参数取值难以处理复杂流动问题.在此基础上使方法中模化湍动能比例取值随流场物理信息和网格尺度变化,所得结果与SST DES计算结果及实验结果吻合较好,表明该方法适用于复杂湍流数值模拟.      

卫星对空间目标悬停的轨道动力学与控制方法研究

首先,给出了卫星悬停的轨道动力学模型,然后提出了悬停轨道的一种"持续式"的开路轨道控制策略,即通过在一段时间对轨道实施连续有限推力控制,使得在这段时间内卫星运行在新的悬停轨道上,而非开普勒轨道。最后,以地球静止轨道卫星为目标星,研究了悬停轨道的实施途径,并进行了数学仿真。仿真结果表明,在一段时间内对空间目标实施轨道悬停是可行的。     

复杂目标可视化角闪烁偏差计算

角闪烁偏差是雷达跟踪扩展目标时误差产生的重要来源之一,在实际跟踪和制导中,常由于目标回波信号的角闪烁偏差而致使脱靶率大大增加,因此对角闪烁偏差的研究将有助于提高跟踪目标的准确率.在基于可视化电磁计算系统(GRECO)上,用屏幕上的每个像素代表目标的一个散射中心,将目标的散射中心的数量提高到像素级上,再利用相位梯度方法完成目标的角闪烁计算,进而提高了计算精度.选用了两球标准体进行角闪烁校模,计算结果与测量结果一致,证明了此方法的准确性.在此基础上进行复杂目标的角闪烁计算,实现了复杂目标可视化角闪烁计算系统,并分析了导弹靶标由于目标角闪烁影响而导致的脱靶概率.     

溅射靶对离子推力器的热辐射影响研究

为了研究真空环境设备内溅射靶温度升高后对30cm离子推力器的热辐射影响，采用有限元分析的方法，首先对真空舱内的离子推力器羽流分布进行了模拟，在获得羽流对溅射靶造成的温度变化后，进一步分析了溅射靶温度升高对离子推力器温度以及栅极热形变位移所造成的影响。仿真结果显示，推力器羽流可采用定向分子流模型进行描述，羽流在真空舱内的扩散过程中几乎没有能量损失；30cm离子推力器工作时真空舱内大部分区域的气体压强在2×10^-3~6×10^-3 Pa；在溅射靶影响下，推力器加速栅和屏栅中心温度分别为352℃和440℃，边缘温度分别为342℃和411℃，屏栅和加速栅的间距缩小量由无溅射靶影响时的0.560mm增加到0.585mm；试验结果显示，加速栅和屏栅边缘温度分别为364℃和385℃，与仿真结果的比对误差均为6%，溅射靶后部羽流气体的温度测试值高于计算值约50℃，误差主要由于模拟中忽略了羽流粒子的能量沉积效应。     

电子回旋共振推力器放电室内磁场与微波电磁场分析

电子回旋共振推力器具有寿命长、比冲高、结构简单等特点,适宜用作深空探测器主推进装置。放电室是电子回旋共振推力器的关键部件,其作用是产生电子回旋共振等离子体。放电室内的磁场和微波电磁场分布对于推力器的可靠启动、稳定工作有着重要的影响。为此针对10cm推力器,采用大型有限元分析软件ANSYS建立了三种磁路模型,计算了放电室内的磁场分布,得出三种方案中电子回旋共振面的位置,分析放电室材料不同时磁场分布的变化;最后采用ANSYS有限元分析软件计算了放电室内的电磁场分布。结果表明,在电子回旋共振面上微波能量满足放电所需能量。计算结果可以为电子回旋共振推力器放电室的设计提供帮助。