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,飛行器表面由于劇烈的摩擦作用會產(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入射電磁波的相互作用進行等離子體隱身;從消極的角度來說,該等離子體鞘套嚴重妨礙了地面指揮中心與飛行器之間的實時通信。隨著計算機硬件及計算技術(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規(guī)律——麥克斯韋方程組,和最基礎(chǔ)的力學規(guī)律——洛倫茲力方程與牛頓運動方程,對等離子體中的大量粒子進行運動軌跡的計算,最后根據(jù)粒子在坐標、速度的六維相空間中的分布,進行統(tǒng)計平均,得到等離子體的宏觀性質(zhì)。因此PIC方法可以認為是一種理論上的實驗,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)電磁場分量和電流電荷密度的計算、粒子推進方法、PIC模擬方法的改進等;其次對飛行器表面的等離子體鞘套進行模擬簡化建模,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
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 等離子體鞘套的理論計算11
• 1.2.2 等離子體鞘套對通信信號傳播的影響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 本文的主要研究內(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25-27
• 2.6 PIC模擬方法改進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 電磁場的邊界條件32-34
• 3.3.2 粒子邊界條件34
• 3.4 激勵源設(shè)置34-38
• 3.4.1 時諧激勵源34-36
• 3.4.2 脈沖激勵源36-37
• 3.4.3 激勵源添加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 外加磁場減小黑障效應(yīng)的理論分析48-49
• 4.3.2 不同恒磁場場強模擬結(jié)果49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 結(jié)論50-51
• 參考文獻51-56
• 致謝56

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本文編號：664599