本文關(guān)鍵詞：利用PIC模擬等離子體中電磁波傳輸

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【摘要】：飛行器在大氣層中超高速飛行時(shí),飛行器表面由于劇烈的摩擦作用會(huì)產(chǎn)生一層等離子體層,稱為等離子體“鞘套”。該等離子體層與入射電磁波之間存在著豐富的相互作用,如吸收、衰減、反射、折射等。從積極的角度來說,可以利用等離子體鞘套對(duì)入射電磁波的相互作用進(jìn)行等離子體隱身;從消極的角度來說,該等離子體鞘套嚴(yán)重妨礙了地面指揮中心與飛行器之間的實(shí)時(shí)通信。隨著計(jì)算機(jī)硬件及計(jì)算技術(shù)的發(fā)展,Particle in cell(PIC)方法在等離子體數(shù)值模擬中使用得越來越廣泛。PIC方法為第一性原理出發(fā),不同于通常數(shù)值模擬中的宏觀上的方程,而是使用最基本的電磁學(xué)規(guī)律——麥克斯韋方程組,和最基礎(chǔ)的力學(xué)規(guī)律——洛倫茲力方程與牛頓運(yùn)動(dòng)方程,對(duì)等離子體中的大量粒子進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算,最后根據(jù)粒子在坐標(biāo)、速度的六維相空間中的分布,進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均,得到等離子體的宏觀性質(zhì)。因此PIC方法可以認(rèn)為是一種理論上的實(shí)驗(yàn),適合研究物理本質(zhì)問題。本文使用PIC方法研究了入射電磁波在等離子體鞘套中的能量吸收、反射規(guī)律。首先介紹了PIC這種等離子體數(shù)值模擬方法的基本流程,包括PIC的基本假設(shè)、離散空間內(nèi)電磁場(chǎng)分量和電流電荷密度的計(jì)算、粒子推進(jìn)方法、PIC模擬方法的改進(jìn)等;其次對(duì)飛行器表面的等離子體鞘套進(jìn)行模擬簡(jiǎn)化建模,包括模擬區(qū)域、粒子初始分布、模擬區(qū)域的邊界條件設(shè)定等;最后給出了不同條件下的等離子體鞘套,對(duì)入射電磁波能量的吸收與反射的影響。
【關(guān)鍵詞】：等離子體鞘套 電磁波 Particle in cell 傳輸特性
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V219
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 緒論8-15
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義8-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 等離子體鞘套的理論計(jì)算11
• 1.2.2 等離子體鞘套對(duì)通信信號(hào)傳播的影響11-12
• 1.2.3 解決黑障問題的主要方法12-13
• 1.2.4 PIC研究現(xiàn)狀13
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容13-15
• 第2章PARTICLE IN CELL基本原理15-29
• 2.1 PIC基本流程15-17
• 2.2 宏粒子及有限大小粒子模型17-20
• 2.3 電磁場(chǎng)FDTD算法20-24
• 2.3.1 空間離散化20-22
• 2.3.2 中心差分算法22-23
• 2.3.3 時(shí)偏差分算法23-24
• 2.4 粒子分配至網(wǎng)格24-25
• 2.5 粒子推進(jìn)25-27
• 2.6 PIC模擬方法改進(jìn)27-28
• 2.7 本章小結(jié)28-29
• 第3章 電磁波在等離子體鞘套中傳輸建模29-39
• 3.1 等離子體鞘套幾何形狀建模29-30
• 3.2 粒子密度分布函數(shù)30-32
• 3.3 邊界條件32-34
• 3.3.1 電磁場(chǎng)的邊界條件32-34
• 3.3.2 粒子邊界條件34
• 3.4 激勵(lì)源設(shè)置34-38
• 3.4.1 時(shí)諧激勵(lì)源34-36
• 3.4.2 脈沖激勵(lì)源36-37
• 3.4.3 激勵(lì)源添加37-38
• 3.5 本章小結(jié)38-39
• 第4章 電磁波在等離子體鞘套中的傳播模擬39-50
• 4.1 解析解39-42
• 4.2 電磁波入射非磁化等離子體42-48
• 4.2.1 不同等離子體密度模擬結(jié)果42-43
• 4.2.2 不同等離子體碰撞頻率模擬結(jié)果43-46
• 4.2.3 不同等離子體厚度模擬結(jié)果46
• 4.2.4 不同等離子體電子數(shù)密度分布函數(shù)模擬結(jié)果46-48
• 4.3 電磁波入射磁化等離子體48-49
• 4.3.1 外加磁場(chǎng)減小黑障效應(yīng)的理論分析48-49
• 4.3.2 不同恒磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)模擬結(jié)果49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 結(jié)論50-51
• 參考文獻(xiàn)51-56
• 致謝56

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：664599