一种基于隐式FVFD计算频域电磁场的方法技术

技术编号:29402527 阅读:237 留言:0更新日期:2021-07-23 22:40
本发明专利技术提供一种基于隐式FVFD计算频域电磁场的方法,包括根据目标所仿真电磁问题的物理背景,结合边界条件信息进行仿真建模;数值计算区域的四边形或六面体结构网格,在壁面和几何奇异处加密,所述网格逐渐远离散射壁面而逐渐稀疏;输出网格数据文件和设定和输出边界条件文件;输入目标计算电磁参数、数值计算控制参数;输入网格数据和边界条件信息文件,初始化计算空间电磁场;对麦克斯韦方程组频域电磁场进行迭代求解;输出电磁场的实部虚部空间分布,输出表面诱导电流和雷达散射截面空间分布数据。本发明专利技术可求解任意复杂外形、高频电大尺寸目标大规模电磁散射问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于隐式FVFD计算频域电磁场的方法
本专利技术涉及电磁学的频域数值求解
,尤其是涉及一种基于隐式FVFD(FiniteVolumeFrequencyDomain,FVFD)计算频域电磁场的方法。
技术介绍
复杂外形目标电磁散射、复杂电磁环境电磁干扰都需要计算电磁场空间分布,电磁场满足麦克斯韦方程组,随着计算机技术的发展直接求解该方程组成为可能。与欧拉方程相同的双曲型数学特征促进计算流体力学(ComputationalFluidDynamics,CFD)技术在电磁场计算中的应用,其中时域有限差分法(FiniteDifferenceTimeDomain,FDTD)和时域有限体积法(FiniteVolumeTimeDomain,FVTD)最为著名。FVTD直接将麦克斯韦方程组守恒律的积分形式应用到离散的网格单元。由于许多有限差分法不能用于不连续函数的计算,而且在非定常计算中要保证一些重要量的守恒性,使得设计差分格式变得复杂,因此转而在物理空间使用守恒律的积分形式,允许计算不连续函数,从而使CFD专家中有限体积法变得非常流行。时间域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于隐式FVFD计算频域电磁场的方法,其特征在于,其包括以下步骤:/n步骤1,根据目标所仿真电磁问题的物理背景,结合边界条件信息进行仿真建模;/n步骤2,采用四边形或六面体结构对仿真模型进行网格剖分,网格在壁面和几何奇异处加密,网格逐渐远离散射壁面而逐渐稀疏;数值计算对应区域的网格,输出网格数据文件,设定和输出边界条件文件;/n步骤3,输入目标计算电磁参数、数值计算控制参数;/n步骤4,输入网格数据和边界条件信息文件,初始化计算空间电磁场;/n步骤5,基于虚拟时间推进和空间通量残差对麦克斯韦方程组频域电磁场进行迭代求解;/n步骤6,输出电磁场的实部虚部空间分布,输出表面诱导电流和雷达散...

【技术特征摘要】
1.一种基于隐式FVFD计算频域电磁场的方法,其特征在于,其包括以下步骤:
步骤1,根据目标所仿真电磁问题的物理背景,结合边界条件信息进行仿真建模;
步骤2,采用四边形或六面体结构对仿真模型进行网格剖分,网格在壁面和几何奇异处加密,网格逐渐远离散射壁面而逐渐稀疏;数值计算对应区域的网格,输出网格数据文件,设定和输出边界条件文件;
步骤3,输入目标计算电磁参数、数值计算控制参数;
步骤4,输入网格数据和边界条件信息文件,初始化计算空间电磁场;
步骤5,基于虚拟时间推进和空间通量残差对麦克斯韦方程组频域电磁场进行迭代求解;
步骤6,输出电磁场的实部虚部空间分布,输出表面诱导电流和雷达散射截面空间分布数据。


2.根据权利要求1所述的一种基于隐式FVFD计算频域电磁场的方法,其特征在于:所述步骤5过程如下:对仿真模型做定常虚拟时间步循环,直至收敛结束;在每个虚拟时间迭代过程中,依次对各个网块格、各个网格单元进行空间通量计算和隐式迭代解计算,更新下一级虚拟时间迭代步数守恒电磁场数值。


3.根据权利要求2所述的一种基于隐式FVFD计算频域电磁场的方法,其特征在于:所述定常虚拟时间步循环,直至收敛结束过程为:
通过虚拟时间,将待求解的麦克斯韦方程组修正为:






其中,是入射简谐电磁波频率,为结构网格曲线坐标系方向1,为结构网格曲线坐标系方向2,为结构网格曲线坐标系方向3;分别对应为、、方向的电磁通量;是频域复数型电磁场守恒变量,是虚拟时间,是直角坐标系下电磁通量的分量,是频域复数型磁感应强度矢量,是频域复数型电位移矢量,是频域复数型电场强度矢量,是频域复数型磁场强度矢量,含下标标量分别是对应矢量的分量;上标是虚拟时间迭代步数,下标是网格单元编号,是隐式控制参数,取为全隐式,是第网格单元第虚拟时间迭代步时的电磁守恒变量,是第网格单元第虚拟时间迭代步时的电磁守恒变量,代表曲线坐标系频域复数型的电磁场守恒变量;是第网格单元第虚拟时间迭代步时的空间通量残差,是第网格单元第虚拟时间迭代步时的空间通量残差;是由稳定性控制的虚拟时间步长,由CFL数和局部网格单元几何尺度和特征值计算;采用不同局部虚拟时间迭代步长定常虚拟时间步循环计算不同的网格单元,加快相应网格单元的单元电磁场收敛。


4.根据权利要求3所述的一种基于隐式FVFD计算频域电磁场的方法,其特征在于:所述空间通量计算和隐式迭代解计算过程如下:
采用Steger-Warming分裂计算网格单元分界面通量






式中分别取曲线坐标系方向之一,相应的即为对应方向的电磁通量;代表曲线坐标系对应方向Steger-Warming分裂中,正特征值进行分裂后得到的电磁通量;代表曲线坐标系对应方向Steger-Warming分裂中,负特征值进行分裂后得到的电磁通量;为相似矩阵,分别为正负特征值构...

【专利技术属性】
技术研发人员:许勇江雄牟斌
申请(专利权)人:中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所
类型:发明
国别省市:四川;51

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