临近空间高超声速飞行器电磁特性的有限元—边界元分析.pdf

1、高超声速目标的电磁特性分析是目前计算电磁学仿真的热点，飞行器在以声速7倍以上的速度运动时进入高超声速飞行状态。飞行器表面与空气的剧烈摩擦，使得飞行器周围空气温度急剧升高并开始电离，形成了高度不均匀的等离子体壳套。等离子体壳套在某些气动状态下会吸收、反射电磁波，大大影响飞行器原本的电磁散射特性，并影响与地面的通信，造成“通信黑障”。
　　有限元-边界元方法(FE-BI)在计算电磁学数值仿真中有着重要地位，它既继承了有限元方法对任意复

2、杂结构目标的分析能力，又在边界上引入积分方程代替完全匹配层(PML)作为截断边界条件，缩小求解区域，大大节省了计算资源。多层快速多极子的引入，使得边界积分部分的矩阵矢量乘时间得到了非常大的节省，进一步提高了算法的效率。有限元-边界元方法精确而高效，巧妙的融合了有限元、矩量法、多层快速多极子算法的优势，是一种具有强大分析能力的算法。由于有限元-边界元方法对复杂介质优秀的分析能力，它非常适合分析这类等离子体包覆的问题。但在流场区域未知的情况

3、下，有限元-边界元方法通常需要一个足够大的求解区域来保证分析问题的准确性，而在此求解区域中，空气未知量不会对电磁特性分析产生影响，却引入了极大的计算量，大大影响了有限元-边界元方法对此类问题的求解效率。
　　本文首先介绍了有限元-边界元方法的原理和一些等离子体的相关理论。针对空气引入未知量的问题，采取选取介电常数阈值直接舍去近似空气未知量，重新建立积分面的方法，在保证一定精度的前提下大大提升了有限元-边界元方法的分析效率。然后，论