应用电磁参数变异仿真金属基底涂覆铁氧体层老化研究

基于频域矩量法(MOM)与解析法的Ansoft Designer软件,应用电磁参数变异模拟仿真计算、分析了金属基底烧结铁氧体隐身层因老化呈现出的高频电磁特性.设厚度为2 mm,直径为10 mm的理想导体蒙皮,表面涂层为1.6 mm厚的烧结铁氧体介质,其介电系数εr=20,电损耗为0.45,导磁率μr=1.2,磁损耗为10,裂纹缺陷为5 mm长、1 mm宽.采用平面波倾斜入射,计算与分析得出:在8~12 GHz频带内,因介质参数变异对隐身电磁性能影响较明显.     

超材料圆柱壳电磁隐身效果数值仿真研究

以无限长超材料圆柱壳为理论模型,研究隐身超材料这种新型人工复合材料。基于Pendry坐标变换法,在压缩柱坐标系中,分析理想超材料电磁参数分布特性。为满足透波隐身,圆柱壳材料相对电容率和磁导率均是二阶旋转对称张量,在内界面处各向异性程度最高,参数径向分量趋于无限大,强烈抑制该方向电磁波的传播。运用全波仿真方法,从场总能量密度分布角度,比较研究了理想超材料与分层超材料、有耗超材料圆柱壳的电磁隐身效果,结果表明超材料具有良好的透波隐身性能。最后,针对隐身结构实际使用环境,对各向同性介质空间隐身圆柱壳的参数设置作了说明。     

基于集总电阻的超宽频带超材料吸波体设计

设计了基于集总电阻的超宽频带微波超材料吸波体,并通过仿真和实验进行了验证.依据等效媒质理论,通过S参数反演法计算了加载集总电阻的超材料吸波体结构等效电磁参数.结果表明:复合结构吸波体超宽频强吸收特性源于良好的阻抗匹配以及电谐振和磁谐振.此外,设计的复合超材料吸波体具有极化不敏感和宽角度吸收特性.最后,通过实验测试得到的复合超材料吸波体吸收率大于85%的相对带宽达到130.2%.设计的超宽频带吸波体将在电磁能量捕获和隐身领域具有广阔的应用前景.     

多层薄膜结构实现各向异性及其电磁极化转换性能分析

基于等效介质理论,采用多层薄膜周期结构实现材料的各向异性,并分析了这种多层周期结构在不同薄膜取向情况下的等效电磁参数,研究了该结构的电磁波传输性能,通过理论分析和基于有限元方法的全波电磁仿真后发现,在不考虑损耗的情况下,通过调节电磁波的入射面,垂直入射的TE波可以被该结构转换为TM波,这一结果说明该结构具有良好的极化转换特性,为新型电磁极化调控材料的研究提供了一条新的途径.     

电磁超介质吸波体的研究

超介质吸波体具有传统吸波材料所不具备的电磁特性,为设计新型电磁防护材料和目标隐身材料提供了一种新的途径.本文介绍了分析超介质吸波体吸波机理的理论方法：等效介质理论,阻抗匹配理论以及分层介质的多次干涉理论.同时,利用单元组合法设计了多频点的螺旋吸波体、单层、多层和加载集总电阻的宽频吸波体,并对其吸波机理进行了研究.     

分层高斯分布介质粗糙面电磁波透射问题的微扰法研究

运用微扰法研究了平面波入射分层介质粗糙面的电磁波透射问题,推出了不同极化状态的透射波散射系数公式。采用高斯粗糙面来模拟实际的分层介质粗糙面,结合高斯粗糙面的功率谱,导出了平面波入射高斯分层介质粗糙面的透射系数计算公式。通过数值计算得到了HH极化透射系数随透射波散射角变化的曲线,讨论了底层介质介电常数、中间介质介电常数和厚度、粗糙面参数及入射波频率对透射系数的影响。数值计算结果表明：底层介质介电常数、中间介质介电常数和厚度、粗糙面参数及入射波频率对透射系数的影响是非常复杂的。     

利用时域间断伽辽金算法 求解Tellegen介质中的电磁波

目前,利用时域间断伽辽金方法（DGTD）求解各类介质中的电磁传播问题时,通常考虑求解普通介质本构关系的麦克斯韦方程组。 然而,具有非互易性本构关系的Tellegen介质中的电磁传播非常复杂,且少有研究。基于Tellegen介质的本构关系,推导出了一种适用于该介质的时域间断伽辽金系统矩阵离散方案,准确模拟了平面波在Tellegen介质中的时域传播特性。利用所提出的算法,计算了空气与Tellegen介质的分层空间模型,分析了Tellegen介质对电磁波极化偏转角度的影响;同时,针对不同电磁参数的Tellegen介质,计算了反射波与透射波的电场偏转角度,并将时域间断伽辽金方案计算的结果与文献［1］以及解析解进行了对比,验证了该方法的有效性与可行性。     

应用DDM/FEM/BEM混合法计算各向异性介质柱电磁散射

应用重叠型区域分解法（DDM）结合有限元（FEM）和边界元法（BEM）计算二维各向异性介质柱电磁散射.对介质柱外的无限大区域采用边界元法分析,将介质柱所在区域分解为若干个重叠的子域,每个子域用有限元法分析,各子域间通过传输条件进行耦合.为了提高计算速度,引入了多波前法求解有限元方程,并用内观法结合多波前法解有限元和边界...     

任意截面形状二维介质柱电磁散射特性

应用有限元结合多波前法分析任意截面形状二维介质柱的电磁散射特性.首先利用二阶吸收边界条件来截断散射体外的无限区域,然后应用有限元法进行分析,形成待求矩阵方程,最后应用多波前法求解该方程.作为算例,分别计算了无限长介质方柱和圆柱在平面电磁波照射下的雷达散射截面,结果与有关文献一致;计算了两种形状不规则柱体的雷达散射截面.数值结果表明,使用多波前法解有限元方程,可以减少了计算时间.     

吸波材料的物理机制及其设计

吸波材料是一种重要的军事隐身功能材料,其机理本质上是电磁波与物质相互作用,入射的电磁波通过介质最大限度地转变成热能或其他形式的能.评价吸波效能的主要参数是损耗因子、复介电常数、复磁导率.作者用简单的等效电路分析了材料吸波机制,阐明了这些参数的物理意义,定性地给出了吸波材料的设计方向.分析结果表明吸波材料的电磁损耗机制分为3种类型,即电阻损耗型、介电损耗型和磁损耗型;设计吸波材料时要综合考虑损耗吸收和波阻抗匹配2种因素;多元复合尤其是纳米无机物与有机聚合物复合,将3种损耗有效结合,并尽可能阻抗匹配,这是实现轻质、强吸收、宽频、微波红外隐身兼容且综合性能好的吸波材料的有效途径;研究材料的吸波特性还必须从微观层次上用量子理论分析材料对电磁波的基本吸收过程.     

基于时域有限差分埋藏导体电磁波散射特性

目的为了探测和研究埋藏导体的物理性质。方法利用时域有限差分(FDTD)方法,计算了在脉冲电磁波入射的条件下,埋藏在沙土中导体球对入射电磁波散射的散射场。结果表明埋藏在沙土中的导体球面不仅仅存在一次和二次散射波,而且还存在多次波和爬行波。结论通过散射波的特征研究,可以进行埋藏导体埋藏深度和大小的预测。     

任意入射电磁波在不均匀等离子体的传播

用两点边值问题的方法,数值求解了任意入射角的平面电磁波在任意极化方向的任意平面分层不均匀等离子体中的反射与透射;通过建立任意分层介质的物理模型,给出了电磁波的统治方程;在假设电场垂直与平行于入射面的2种条件下,运用IMSL的子程序BVPFD计算给出了数值结果.数值结果显示:当归一化频率小于1.3时,大部分反射,小部分透射;而当归一化频率大于1.3时,则小部分反射,大部分透射.     

基于FDTD的二维舰船RCS的计算

建立以某舰船为参照的艏向与正横向的近似二维模型,基于二维时域有限差分法计算舰船的艏向与正横向在不同频率入射波情况下的雷达散射截面,并根据计算结果对某舰船的雷达隐身特性进行分析．此方法能用于分析现有舰船的电磁散射特性,也能用来预估和优化未来武器系统对目标的电磁散射特性要求,为日后舰船RCS预估计提供依据．     

一维指数型粗糙土壤表面电磁散射的矩量法研究

运用矩量法研究了锥形波入射一维指数型粗糙土壤表面的电磁散射。通过数值计算得到了散射系数随散射角的变化曲线。讨论了粗糙面高度起伏均方根、相关长度、土壤湿度、入射波频率对散射系数的影响。得出一维指数型土壤表面散射系数的基本特征和随频率变化特征。结果表明,高度起伏均方根、相关长度、土壤湿度、入射波频率对粗糙面散射系数有显著影响。     

基于BLT方程的埋地管道电磁脉冲响应规律研究

高空核爆电磁脉冲(HEMP)会在埋地油气管道上产生感应电流和感应电压,可能对油气管道的测量监控装置及阴极保护系统产生影响。为研究HEMP对埋地金属管道的电磁影响,本文利用合成电压波的思想推导了可用于分析不均匀传输线响应的BLT超矩阵方程,通过与链参数方法的计算结果进行比较,验证了该方法的正确性和有效性。建立了埋地管道的分段串联传输线模型,应用BLT超矩阵方程计算了管道特性阻抗连续时管道参数和管道折角对管道上电流、电压的影响,将入射仰角、入射方位角和场源方位角作为随机变量,计算了入射波状态对响应电流影响的统计信息;针对大地电导率横向差异引起的特性阻抗不连续情况,计算分析了管道电流电压的响应情况;研究结果可为油气管道的电磁脉冲防护提供相关参考。     

一维带限Weierstrass分形海面电磁散射的矩量法研究

采用一维带限Weierstrass分形函数来模拟实际的分形海面,依据海水的介电特性,运用矩量法研究了锥形波入射一维带限Weierstrass分形海面的电磁散射特性。通过数值计算得到了散射系数随散射角的变化曲线,讨论了风速、分维、海水盐含量、入射波频率对散射系数的影响,得到了一维带限Weierstrass分形海面散射系数的基本特征、分形特征和随频率变化特征。结果表明,风速、分维和入射波频率对散射系数有显著影响,而海水盐含量对散射系数的影响较小。     

非均匀等离子体覆盖金属目标的隐身性能分析

分析了非均匀冷等离子体覆盖金属目标的隐身性能。通过研究电磁波在多层媒质中的传播规律,建立广义反射系数公式,基于此公式,将非均匀冷等离子体均分成多层,每层可看作密度均匀分布,采用递推迭代的方法可得到从等离子体覆盖金属目标反射回来的电磁波,进而分析其回波损耗。数值结果表明,等离子体碰撞频率、厚度及密度是影响目标隐身的主要因素,增大碰撞频率、增加厚度可增大频段内的电磁波衰减,增加线性分布等离子体密度的最大值,能改善电磁波的最大衰减并提高有用衰减频段的中心频率。因此,统一优化等离子体覆盖物的相关参数,可以实现金属目标的最佳隐身效果。     

飞机荷载作用下温州机场超固结软粘土地基变形研究

根据温州机场扩建工程中堆载预压地基处理道面标高的控制数据,计算分析得出温州机场新跑道投入使用后软粘土地基的超固结比;基于飞机荷载的动力特性,计算得到温州机场新跑道软粘土地基在A380机型作用下附加应力的分布情况;选取1／4余弦波模拟飞机循环降落荷载,通过循环三轴试验对温州机场新跑道软粘土的变形特性进行了研究．结果表明：在新跑道投入使用后,运营初期飞机降落造成的地基工后沉降非常显著,应予以重点监测;此外,扩建工程中堆载预压地基处理能够显著减少飞机降落荷载所引起的工后沉降．同时,应用指数模型对试验得到的应变数据进行拟合分析,得到与OCR和循环次数相关的应变预测模型．经推演检验,此模型对温州机场新跑道土基沉降的长期预测有一定的指导作用．     

敷设声学覆盖层结构在水下爆炸作用下的流固耦合分析

为解决水下冲击波作用下带声学覆盖层结构的动响应问题,提出了敷设声学覆盖层结构遇水下非接触爆炸冲击波的流固耦合分析方法.冲击早期高频作用段采用声学波动理论,以冲击波在水、覆盖层、钢板中的传播过程为研究对象,利用冲量等效修正冲击早期Taylor板模型反射系数;冲击波早期高频段过后,覆盖层的影响主要体现在其质量效应上,将覆盖层质量加载在其对应的结构有限元结点上,并结合二阶DAA,给出流固耦合计算方法,分析结构动响应,该方法大大缩减了有限元计算规模.最后实施了敷设去耦瓦加筋圆柱壳水下爆炸试验,其加速度峰值与试验偏差在20%以内,速度峰值偏差在10%以内,应变峰值偏差在15%以内,充分验证了计算方法.