高速飞行器等离子体-电磁波耦合模型网格快速映射方法技术

本发明专利技术公开了一种高速飞行器等离子体

Fast grid mapping method for plasma electromagnetic wave coupling model of high-speed aircraft

【技术实现步骤摘要】
高速飞行器等离子体
‑
电磁波耦合模型网格快速映射方法


[0001]本专利技术涉及电磁计算
，具体涉及一种高速飞行器等离子体
‑
电磁波耦合模型网格快速映射方法。

技术介绍

[0002]高超声速目标在飞行过程中，其头部的气体被剧烈压缩形成激波，而其表面与周围的空气剧烈摩擦，使得气体电离而形成等离子体。对等离子体
‑
电磁波耦合进行数值模拟，首先需要对飞行器表面流场进行数值模拟，获得等离子体的分布参数，例如温度、压强、电子密度和碰撞频率等，随后需要对等离子体建立电磁分析模型，将流场网格的数据映射到电磁网格，与目标一起进行电磁仿真。
[0003]等离子体的流场参数在目标头部和表面变化剧烈，而在尾部和远离界面时变化缓慢，因此流场网格一般大小形状不一，在曲率比较大时较密，在平缓处较为稀疏。等离子体的电磁网格则根据方法不同，一般为四面体网格(例如合元极算法)或六面体网格(例如时域有限差分法)。等离子体
‑
电磁波耦合模型的建立首先要解决流场网格到电磁网格、流场参数到电磁参数的映射问题。
[0004]然而，现有技术具有以下缺陷：
[0005]1、流场比较密集的区域采用插值法误差较大。
[0006]2、流场比较稀疏的区域采用平均值法误差较大。
[0007]3、海量网格数据和节点的位置关系查找效率需要进一步提高
[0008]综上，如何快速准确地实现等离子体
‑
电磁波耦合模型的网格映射是一个迫切需要解决的问题。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，本专利技术提供了一种高速飞行器等离子体
‑
电磁波耦合模型网格快速映射方法，有助于高速飞行等离子体与电磁波耦合模型的精确数值模拟。
[0010]为达到上述目的，本专利技术的技术方案包括如下步骤：
[0011]步骤1：针对飞行器在高速飞行的过程中形成的等离子体，构建等离子体
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电磁波耦合模型，利用流场网格信息建立流场快速查找树利用电磁网格信息建立电磁快速查找树
[0012]步骤2：利用所述流场快速查找树查找任一电磁网格节点P所在的流场网格单元。
[0013]步骤3：通过查找得到流场网格单元后，将流场网格单元节点上的参数插值到内部的电磁网格节点上。
[0014]步骤4：利用所述电磁快速查找树查找任一流场网格节点Q所在的电磁网格单元。
[0015]步骤5：依次循环各电磁网格单元，完成流场参数从流场网格到电磁网格的映射。
[0016]步骤6：根据电磁仿真频率和步骤5获得的电磁网格流场参数，计算电磁网格上的电磁参数，完成等离子体
‑
电磁波耦合模型网格快速映射。
[0017]进一步地，利用流场网络信息建立流场快速查找树
[0018]步骤(1.1)建立流场网格的外接长方体，将所有流场网格包围在内。
[0019]步骤(1.2)计算每个流场网格单元的重心作为特征点。
[0020]步骤(1.3)按照流场网格的外接长方体最长的维度，将所有特征点在该最长维度的坐标进行排序。
[0021]步骤(1.4)对排序后的特征点二等分，相应的流场网格单元也随之二等分，形成树的两个子节点。
[0022]步骤(1.5)对每个子节点重复(1.1)～(1.4)的过程，直到每个节点只含一个流场网格单元，获得一棵深度为log(N
F
)的完全二叉树，即为流场快速查找树其中N
F
为流场网格的单元数。
[0023]进一步地，利用电磁网格信息建立电磁快速查找树
[0024](101)建立电磁网格的外接长方体，将所有电磁网格包围在内。
[0025](102)计算每个电磁网格单元的重心作为特征点。
[0026](103)按照长方体最长的维度，将所有特征点在这个维度的坐标进行排序。
[0027](104)对排序后的特征点二等分，相应的电磁网格单元也随之二等分，形成树的两个子节点。
[0028](105)对每个子节点重复(101)～(104)的过程，直到每个节点只含一个电磁网格单元，获得一棵深度为log(N
E
)的完全二叉树，即为电磁快速查找树其中N
E
为电磁网格的单元数。
[0029]进一步地，步骤2：利用所述流场快速查找树查找任一电磁网格节点P所在的流场网格单元，具体为：
[0030](2.1)从的根节点开始，循环快速查找树当前层的所有节点，判断P是否落在当前层一个节点的外接长方体内部。
[0031]在当前层，如果P不在一个节点的外接长方体内部，则跳过此节点及其子节点的查找，查找当前层其他节点；若P在当前层一个节点的外接长方体内部，则判断这个节点是否只含一个流场网格单元。
[0032]如果P在其中一个节点A的外接长方体内部，且该节点A只含一个流场网格单元，则查找完成；否则令该节点A成为根节点，继续执行(2.1)直至查找完成。
[0033](2.2)如果完成整个的查找，仍未找到包含P的流场网格单元，该电磁网格节点P标记为自由空间。
[0034]进一步地，步骤3：通过查找得到流场网格单元后，将流场网格单元节点上的参数插值到内部的电磁网格节点上，具体包括如下步骤：
[0035](3.1)通过线性插值计算插值点p在下底边投影点R1的流场参数G(R1)：
[0036][0037](3.2)通过线性插值计算插值点p在上底边投影点R2的流场参数G(R2)
[0038][0039](3.3)通过线性插值计算计算插值点p处的流场参数G(p)
[0040][0041]其中,其中根据所获取的流场网格数据，构建坐标系xoy，在该坐标系中p的坐标为(x0,y0)，p所在的流场网格四个顶点在坐标系中坐标分别为(x1,y1)～(x4,y4)，其中坐标为(x1,y1)～(x4,y4)的顶点的流场参数分别为G(i)～G(i+3)。
[0042]进一步地，步骤5，依次循环各电磁网格单元，完成流场参数从流场网格到电磁网格的映射，映射过程具体为：
[0043][0044]其中，E
m
代表第m个电磁网格单元的流场参数，包括等离子体电子密度n
e
、碰撞频率v
e
，m＝1,...,N，N代表电磁网格单元总数，p代表每个电磁网格单元的节点数量，q代表通过步骤4之后落在第m个电磁网格单元内部的流场网格节点数量，F
m
(i)代表通过步骤3插值后得到的第m个电磁网格单元第i个节点的流场参数，G
m
(j)代表通过步骤4查找得到的第m个电磁网格单元内第j个流场网格节点的流场参数。
[0045]进一步地，步骤6中，根据电磁仿真频率和步骤5获得的电磁网格流场参数，计算电磁网格上的电磁参数，完成等离子体
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电磁波耦合模型网格快速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高速飞行器等离子体
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电磁波耦合模型网格映射方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：针对飞行器在高速飞行的过程中形成的等离子体，构建等离子体
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电磁波耦合模型，利用流场网格信息建立流场快速查找树利用电磁网格信息建立电磁快速查找树步骤2：利用所述流场快速查找树查找任一电磁网格节点P所在的流场网格单元；步骤3：通过查找得到流场网格单元后，将流场网格单元节点上的参数插值到内部的电磁网格节点上；步骤4：利用所述电磁快速查找树查找任一流场网格节点Q所在的电磁网格单元；步骤5：依次循环各电磁网格单元，完成流场参数从流场网格到电磁网格的映射；步骤6：根据电磁仿真频率和步骤5获得的电磁网格流场参数，计算电磁网格上的电磁参数，完成等离子体
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电磁波耦合模型网格快速映射。2.如权利要求1所述的高速飞行器等离子体
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电磁波耦合模型网格映射方法，其特征在于，所述利用流场网络信息建立流场快速查找树步骤(1.1)建立流场网格的外接长方体，将所有流场网格包围在内；步骤(1.2)计算每个流场网格单元的重心作为特征点；步骤(1.3)按照流场网格的外接长方体最长的维度，将所有特征点在该最长维度的坐标进行排序；步骤(1.4)对排序后的特征点二等分，相应的流场网格单元也随之二等分，形成树的两个子节点步骤(1.5)对每个子节点重复(1.1)～(1.4)的过程，直到每个节点只含一个流场网格单元，获得一棵深度为log(N
F
)的完全二叉树，即为流场快速查找树其中N
F
为流场网格的单元数。3.如权利要求1所述的高速飞行器等离子体
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电磁波耦合模型网格映射方法，其特征在于，所述利用电磁网格信息建立电磁快速查找树(101)建立电磁网格的外接长方体，将所有电磁网格包围在内；(102)计算每个电磁网格单元的重心作为特征点；(103)按照长方体最长的维度，将所有特征点在这个维度的坐标进行排序；(104)对排序后的特征点二等分，相应的电磁网格单元也随之二等分，形成树的两个子节点；(105)对每个子节点重复(101)～(104)的过程，直到每个节点只含一个电磁网格单元，获得一棵深度为log(N
E
)的完全二叉树，即为电磁快速查找树其中N
E
为电磁网格的单元数。4.如权利要求1所述的高速飞行器等离子体
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电磁波耦合模型网格映射方法，其特征在于，所述步骤2：利用所述流场快速查找树查找任一电磁网格节点P所在的流场网格单元，具体为：(2.1)从的根节点开始，循环快速查找树当前层的所有节点，判断P是否落在当前
层一个节点的外接长方体内部；在当前层，如果P不在一个节点的外接长方体内部，则跳过此节点及其子节点的查找，查找当前层其他节点；若P在当前层一个节点的外接长方体内部，则判断这个节点是否只含一个流场网格单元；如果P在其中一个节点A的外接长方体内部，且该节点A只含一个流场网格单元，则查找完成；否则令该节点A成为根节点，继续执行(2.1)直至查找完成。(2.2)如果完成整个的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓伟，刘金钢，郭琨毅，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：