高超声速飞行器电磁散射数值模拟及应用

本文针对高超声速飞行器的电磁散射问题，系统的介绍了等离子体鞘套覆盖高超声速飞行器的电磁散射理论及数值计算方法，分析了高超声速飞行器等离子体特性以及飞行场景对等离子体频率和等离子体碰撞频率的影响，讨论了等离子体的电磁参数。介绍了非磁化和磁化等离子体的FDTD算法以及电大目标的并行FDTD计算方法。给出了复杂目标电磁建模方法、剖分方法优化、共形网格技术。讨论了流场网格与电磁网格的耦合方法。数值计算了等离子体鞘套覆盖典型高超声速飞行器的电磁散射。本书的使用对象主要是髙等院校相关专业的师生、具有大专以上学历的科技工作者、以及相关领域的研究人员等。

丛书序
前言
第1章高超声速飞行器的发展1
1.1高超声速飞行器特点/1
1.2色散介质数值方法研究现状/4
第2章高超声速飞行器等离子体特性分析8
2.1高超声速流动数值模拟/8
2.1.1高超声速飞行器流场特性/8
2.1.2RAMCII热化学非平衡下流场数值模拟/12
2.2等离子体判据/19
2.2.1等离子体判断依据/19
2.2.2高超声速目标流场的等离子体特性/22
2.3等离子体频率与等离子体碰撞频率/23
2.3.1等离子体频率/23
2.3.2碰撞频率/24
2.3.3飞行场景对等离子体频率和等离子体碰撞频率的影响/29
2.4等离子体中的电磁参数/30
2.4.1等离子体的电介质特性/31
2.4.2等离子体的导体特性/32
2.4.3电磁波在等离子体中的传播特性/33
第3章高超声速飞行器电磁散射的FDTD算法41
3.1FDTD算法的基本公式/42
3.1.1激励源/45
3.1.2吸收边界条件/48
3.1.3近远场变换/51
3.1.4等离子体FDTD算法/53
3.1.5FDTD算法数值色散特性/57
3.1.6等离子体FDTD（2,4）算法/68
3.2磁化等离子体的FDTD算法/81
3.2.1磁化等离子体的电流密度递归卷积方法/81
3.2.2任意磁偏角的磁化等离子体算法/85
3.3等离子体鞘套FDTD算法的稳定性及算法验证/89
3.3.1算法的稳定性分析/89
3.3.2FDTD算法验证/92
第4章高超声速飞行器电大目标的并行FDTD计算94
4.1并行计算基础/94
4.1.1并行计算简介/94
4.1.2并行FDTD算法设计/96
4.2并行FDTD算法实现过程/98
4.2.1编程模式选择/98
4.2.2虚拟拓扑结构建立/99
4.2.3进程之间通信/100
4.2.4进度同步与速率优化/101
4.3FDTD并行计算的优化与精度分析/102
4.3.1针对电大目标的计算优化程序/102
4.3.2常规介质FDTD并行计算的验证/103
4.3.3色散介质FDTD并行计算准确性/105
4.3.4影响FDTD计算精度的因素/106
第5章目标电磁建模及流场网格与电磁网格的耦合109
5.1基于实体模型的复杂目标电磁建模方法/109
5.1.1FDTD网格剖分基本方法/109
5.1.2基于八叉树的剖分方法的优化策略/111
5.2基于三角面元的复杂目标电磁建模方法/115
5.2.1基于三角面元的模型文件预处理/115
5.2.2三角面元与射线相交检测/117
5.2.3FDTD计算网格生成/124
5.3FDTD共形网技术/128
5.3.1网格“阶梯”近似误差/128
5.3.2理想导体表面共形网格技术/129
5.3.3介质表面共形网格技术/131
5.3.4共形网格生成/133
5.4FDTD网格模型检验与验证/136
5.4.1基于AutoCAD的剖分模型重建/137
5.4.2基于OpenGL的网格模型可视化/137
5.4.3FDTD网格模型验证算例/138
5.5流场网格与电磁网格的参量耦合/140
第6章高超声速飞行器电磁散射特性分析143
6.1非磁化和磁化等离子体覆盖球锥的电磁散射/143
6.2等离子体电磁参数对覆盖目标RCS的影响/146
6.3高超声速飞行器RAMCII的电磁散射/148
6.4等离子体覆盖电大目标并行计算分析/153
6.4.1并行计算性能分析/153
6.4.2基于高性能计算集群的并行FDTD计算/158
6.5类HTV2高超声速飞行器电磁散射/162
参考文献164