超高速飞行器共形亚网格电磁散射特性分析的仿真方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于超高速飞行器电磁散射特性技术领域，特别是一种超高速飞行器共形 亚网格电磁散射特性分析的仿真方法。
【背景技术】
[0002] 在现代化战争中，武器系统的雷达散射截面积（RCS)是雷达系统对目标"可观测 性"的一个重要指标。开展临近空间高超声速目标电磁特性研究，可为有效探测临近空间高 超声速飞行器及武器突防提供技术支持。传统的RCS计算软件大多是基于飞行器本体目标 开发的，等离子体鞘套与电磁波相互作用机理十分复杂，传统的光学近似分析方法显得较 难分析。所以需要采用别的数值方法对临高超声速涂覆隐身目标电磁特性进行计算仿真， 从高超声速飞行器流场分布出发，实现临近空间高超声速隐身目标宽频带、宽角度、多站， 全极化的电磁特性高效数值分析，为临近空间高超声速飞行器雷达目标特性变化规律的研 究以及突防评估与设计提供技术基础。
[0003] 现有的利用时域有限差分法FDTD方法分析高超声速飞行器还存在两个问题：
[0004] (1)时域有限差分法FDTD方法建模不够灵活，由于高超速飞行器高速飞行产生的 等离子体鞘套形状各异，飞行器的气动外形各异，普通时域有限差分法FDTD无法模拟高超 速飞行器的气动外形；
[0005] (2)由于等离子鞘套各部分电磁参数各异，而计算网格的剖分尺寸是按照最大的 介电参数确定的，而介电参数较大的部分可能是很小的一部分，这样势必会为了那一小部 分相对介电参数较大的部分整体采用细网格，这样就牺牲了整体的计算时间。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种适应性好、计算效率高的超高速飞行器共形亚网格电 磁散射特性分析的仿真方法。
[0007] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种超高速飞行器共形亚网格电磁散射特性 分析的仿真方法，步骤如下：
[0008] 步骤1，根据飞行器的气动外形和飞行的速度高度进行气动热力学仿真，得到目标 周围的温度、压强、离子浓度，由仿真信息确定各部分等离子体碰撞频率u和等离子体震 荡频率ω ρ ;
[0009] 步骤2,采用四面体对飞行器模型连同等离子鞘套一起进行剖分，得到飞行器模型 的结构信息，所述飞行器模型的结构信息包括四面体的个数和每个四面体上点的坐标； [0010] 步骤3,将流场点信息映射到时域有限差分法FDTD计算网格的棱线上，根据棱线 上的碰撞频率和震荡频率确定相对介电常数L大于6的区域进行亚网格处理；
[0011] 步骤4,时域有限差分法FDTD计算网格的棱线与金属面交界的地方采用共性时域 有限差分法CFDFD进行处理；
[0012] 步骤5,等离子体区域采用等离子体的迭代公式进行计算，最终确定超高速飞行器 的雷达散射截面积。
[0013] 本发明与现有技术相比，其显著优点为：（1)将物体进行四面体剖分，可以很好的 拟合复杂物体的外形，提高计算精度；（2)采用亚网格技术，根据介电常数自适应找到需要 进行细网格处理的区域，其余部分仍然采用正常网格，可大大的减小了计算时间；（3)细分 的区域可拟合相对介电常数较大部分的形状，具有很好的适应性和更高的计算效率。
[0014] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明超高速飞行器与等离子体鞘套剖分示意图。
[0016] 图2是本发明超高速飞行器亚网格处理的示意图。
[0017] 图3是本发明金属共形示意图。
【具体实施方式】
[0018] 对于超高速飞行器，在高速飞行过程中飞行器周围会形成等离子鞘套，等离子体 鞘套与电磁波相互作用机理十分复杂，传统的高频方法较难分析，本发明超高速飞行器共 形亚网格电磁散射特性分析的仿真方法，在时域有限差分法（FDTD)的基础上对超高速飞 行器的电磁特性进行建模分析，加入金属曲面共形技术，提高了计算精度，具体步骤如下：
[0019] 步骤1，根据飞行器的气动外形和飞行的速度高度利用FD-FASTRAN软件进行气动 热力学仿真，得到所需要的流场信息即目标周围的温度、压强、离子浓度，由仿真信息确定 各部分等尚子体碰撞频率 U和等尚子体震荡频率ωρ。
[0020] FD-FASTRAN软件特别适合应用于航空、航天工业中，尤其在高超声速CFD计算领 域以其高效、稳健、合理的计算结果而获得业内人士的广泛认可。
[0021] 步骤2,采用四面体对飞行器模型连同等离子鞘套一起利用商用软件进行剖分，如 图1所示，得到飞行器模型的结构信息，所述飞行器模型的结构信息包括四面体的个数和 每个四面体上点的坐标。
[0022] 步骤3,将流场点信息映射到时域有限差分法FDTD计算网格的棱线上，由映射找 到这些棱线中相对介电参数较大的部分，根据棱线上的碰撞频率和震荡频率确定相对介电 常数L大于6的区域进行亚网格处理；如图2所示的是一个等离子体鞘套示意图，颜色较 深的区域（两条细带之间），相对介电参数较大，示意图中采用了细网格处理，用细网格拟 合这部分形状，如图2中的阴影部分所示。
[0023] 所述将流场点信息映射到时域有限差分法FDTD计算网格的棱线上，即取棱线的 三等分点，并依次确定离每个等分点最近的流场点的等离子体碰撞频率u和等离子体震 荡频率ω ρ，将确定的三个等离子体碰撞频率u取平均得到该条棱线的等离子体碰撞频率 5 ,将三个等离子体震荡频率ωρ取平均得到该条棱线的等离子体震荡频率巧^根据棱线 上的碰撞频率反和震荡频率巧结合公式（1)确定相对介电常数L大于6的区域，ω是入 射波的角频率，则：
[0024]
(1)
[0025] 相对介电常数L大于6的区域进行亚网格处理。
[0026] 步骤4,时域有限差分法FDTD计算网格的棱线与金属面交界的地方采用共性时域 有限差分法CFDFD进行处理。图3为理想导体的共形网格在xoy平面内的截面示意图，阴