左手材料数值模拟与散射特性研究

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1、第４５卷第３期航空计算技术Ｖｏｌ．４５Ｎｏ．３２０１５年５月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＭａｙ．２０１５左手材料数值模拟与散射特性研究１１１２徐含乐，祝小平，周洲，任武（１．西北工业大学无人机特种技术重点实验室，陕西西安７１００７２；２．西安航天动力研究所，陕西西安７１０１００）摘要：左手材料的精确数值模拟是其研究的关键问题。但随着左手材料的研究深入，研究模型的电尺寸和复杂度都相应增加，应选择合适的计算方法进行数值模拟。通过计算单一结构单元及电小尺寸样件的吸收特性和散射特性，并

2、结合实验数据，比较两种常用计算方法———有限元法和时域有限积分法在计算左手材料中的计算特性。结果表明：时域有限积分法在计算左手材料模型时更具有优势，特别是当电尺寸增加时优势更明显。最后利用时域有限积分法计算电大尺寸左手吸波材料样件ＲＣＳ对其散射特性进行分析。关键词：左手材料；数值模拟；有限元法；时域有限积分法中图分类号：Ｏ２４２文献标识码：Ａ文章编号：１６７１桘６５４Ｘ（２０１５）０３桘００５２桘０４InvestigationofLHMNumericalSimulationandScatteringPrope

3、rty１１１２ＸＵＨａｎ桘ｌｅ，ＺＨＵＸｉａｏ桘ｐｉｎｇ，ＺＨＯＵＺｈｏｕ，ＲＥＮＷｕ（１．KeyLaboratoryofScienceandTechnologyonUAV，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi′an７１００７２，China２．Xi′anAerospacePropulsionInstituteXi′an７１０１００，China）Abstract：ＴｈｅａｃｃｕｒａｔｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓａｋｅｙｉｓｓｕｅｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆＬｅ

4、ｆｔ－ｈａｎｄｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓ（ＬＨＭ）．Ｗｉｔｈｔｈｅｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈ，ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｓｉｚｅａｎｄｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆＬＨＭｍｏｄｅｌｈａｖｅｉｎｃｒｅａｓｅｄａｃｃｏｒｄ-ｉｎｇｌｙ，ｔｈｅａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｓｈｏｕｌｄｂｅｓｅｌｅｃｔｅｄｆｏｒｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｗｏｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ（ＦＥＭ）ａｎｄｔｈｅｆｉｎｉｔｅｉｎｔｅｇｒａｌｔｉｍｅｄｏｍ

5、ａｉｎ（ＦＩＴＤ），ｈａｖｅｃｏｍｐａｒｅｄｂｙｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆａｓｉｎｇｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｕｎｉｔａｎｄｓｍａｌｌｅｌｅｃｔｒｉｃｓｉｚｅｍｏｄｅｌ，ｗｈｉｃｈｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄａｔａ．ＲｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈｅＦＩＴＤｉｓｍｏｒｅａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｔｈａｎＦＥＭｉｎｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｏｆｔｈｅＬＨＭｍｏｄｅｌ，ａｎｄｗｉｔｈｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｓｉｚｅｉｎｃｒ

6、ｅａｓｉｎｇ，ｔｈｅＦＩＴＤｈａｓｍｏｒｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｅｓ-ｐｅｃｉａｌｌｙ．Ａｔｔｈｅｌａｓｔ，ｔｈｅＲＣＳｏｆｌａｒｇｅｅｌｅｃｔｒｉｃｓｉｚｅＬＨＭｍｏｄｅｌｈａｓｂｅｅｎｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙＦＩＴＤｆｏｒａｎａｌｙｚｉｎｇｉｔｓｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｙ．Keywords：ＬＨＭ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ＦＥＭ；ＦＩＴＤ引言值模拟，在目前关于左手材料的文章中，通常是对单一或少数的结构单元进行Ｓ参数或ＲＣＳ的计算，主要采近些年，左手材料由于其独特的电磁特性在诸多［２

7、－５］用的计算方法有有限元法和时域有限积分法。随领域得到广泛的青睐。其中，２００８年左手材料完美吸着左手材料应用研究的深入，特别是在隐身设计应用［１］收体的提出引起了广大研究者的关注。之后，对于时，由于模型的电尺寸及模型复杂度的增加，需要选择左手吸波材料的研究主要集中在新型结构单元设计、合理的计算方法。但关于这些计算方法在左手材料模电磁特性研究、在天线设计中的应用及在隐身设计中型数值仿真中的计算性能却鲜有研究报道。［２－５］的应用。在这些研究中对左手材料的精确数值模本文首先利用两种常见的电磁计算方法———有限

8、拟成为关键技术之一。元法（ＦＥＭ）和时域有限积分（ＦＩＴＤ）分别对左手材料目前，主要的电磁计算方法有矩量法（ＭＯＭ）、多单一结构单元及电小尺寸样件计算其吸收特性和散射层快速多极子法（ＭＬＦＭＭ）、有限元法（ＦＥＭ）、时域有特性。然后结合实验结果分析两种计算方法在计算精限差分法（ＦＤＴＤ）、时域有限积分（ＦＩＴＤ）、物理光学法度、网格复杂度、网格数量、计算内存及计算时间方面（ＰＯ）和弹跳射线法（ＳＢＲ