[发明专利]高超音速飞行目标流场模型与电磁模型耦合方法

摘要

本发明公开了高超音速飞行目标流场模型与电磁模型耦合方法，取适当的体积使其包含目标及其周围流场组合体模型，并对该体积进行所需电磁网格的划分，将各流场网格节点映射到电磁网格中，对电磁网格中包含流场节点的网格采用其中包含的流场节点数据平均值代替电磁网格所在位置的流场数据；对其余电磁网格通过对已有数据电磁网格线性插值技术来得到其所在位置的流场数据；将全部电磁网格位置上的流场数据通过公式转化为电磁仿真所需要的电磁参数；建立等离子体Drude模型，转换到时域进行仿真和计算。耦合方法更加合理，可以更好的发挥时域算法的优越性。

主权项

1.高超音速飞行目标流场模型与电磁模型耦合方法，其特征在于，按照以下步骤进行：步骤1，使用流场仿真软件仿真得到高超音速飞行目标周围流场数据后，遍历流场输出数据中各节点三维坐标值，分别找出三维坐标对应的最大值和最小值；步骤2，根据步骤1得到的三维坐标最大值和最小值，建立合适大小的包含目标及其周围流场组合体的长方体计算空间，作为电磁仿真中的计算区域；步骤3，对步骤2建立的计算空间进行电磁网格的划分；步骤4，根据步骤1确定的三维坐标最大值和最小值，确定每个电磁网格八个顶点坐标值，对流场节点三维坐标进行一次遍历，通过判断流场节点坐标与电磁网格坐标的关系判断每个流场节点是否在电磁网格八个顶点坐标范围内，并将其映射到对应的电磁网格中，同时统计每个电磁网格中流场节点的个数m；步骤5，对包含流场节点的电磁网格建立其与其中包含的流场节点流场参数的联系；步骤6，对电磁网格中包含流场的网格对流场参数取平均值代替电磁网格所在位置的流场数据，计算公式如下：其中Ef(i,j,k)表示包含流场节点的电磁网格所在位置编号(i,j,k)的流场参量，F为流场节点的流场数据，包含步骤5中各流场物理量；步骤7，对电磁网格计算区域六个面最外侧增加一层电磁网格，并设置其中的流场参数与流场仿真中设置的来流参数一致；对高超音速飞行目标本体所在网格设置相同参数；步骤8，对步骤6中未作处理的电磁网格，通过周围已处理的电磁网格流场数据线性插值得到其流场参数，计算如下，其中E_f(i,j,k)代表不包含流场节点的电磁网格所在位置的流场数据，m_x为当前计算网格在X轴正方向上与已有流场数据的电磁网格之间相差的网格数，n_x为当前计算网格在X轴负方向上与已有流场数据的电磁网格之间相差的网格数，m_y为当前计算网格在Y轴正方向上与已有流场数据的电磁网格之间相差的网格数，n_y为当前计算网格在Y轴负方向上与已有流场数据的电磁网格之间相差的网格数，m_z为当前计算网格在Z轴正方向上与已有流场数据的电磁网格之间相差的网格数，n_z为当前计算网格在Z轴负方向上与已有流场数据的电磁网格之间相差的网格数；此时全部电磁网格已经完全填充流场参数；步骤9，将电磁网格所在位置的流场数据通过公式(3)(4)转化为电磁仿真需要的等离子体频率ω_p及碰撞频率υ_c，从而实现流场网格与电磁网格的耦合；其中，ω_p,e为电子的震荡频率，n_e为电子密度，e为电子电量，m_e为电子质量，ε₀真空介电常数，υ_e,s为电子与中性粒子的碰撞频率，n_m为中性粒子数密度，σ_e,i为组分i与电子的动能转移截面，是温度的函数，k为玻耳兹曼常量，T_e为电子温度。