閉式透波等離子體放電與隱身應用

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3
1.2.1 等離子體隱身技術的研究現(xiàn)狀 3
1.2.2 等離子體發(fā)生技術的研究現(xiàn)狀 6
1.2.3 等離子體參數(shù)診斷技術的研究現(xiàn)狀 7
1.2.4 等離子體隱身仿真計算的研究現(xiàn)狀 9
1.3 閉式等離子體隱身的概念和基本要求 10
1.4 本書主要內(nèi)容 12
第2章 高壓高頻電源激勵的閉式等離子體放電實驗 14
2.1 引言 14
2.2 小型閉式腔體等離子體放電實驗 14
2.2.1 閉式放電腔設計 14
2.2.2 實驗安排 15
2.2.3 放電參數(shù)測量 15
2.2.4 發(fā)射光譜法診斷等離子體參數(shù)分布 18
2.2.5 參數(shù)分布差異影響分析 22
2.2.6 結論 23
2.3 數(shù)值模擬 23
2.3.1 計算模型 23
2.3.2 仿真計算模型幾何構型 26
2.3.3 仿真參數(shù)設置 27
2.3.4 仿真結果及分析 27
2.4 大尺寸閉式等離子體放電實驗研究 30
2.4.1 實驗安排 30
2.4.2 放電參數(shù)測量 31
2.4.3 等離子體參數(shù)分布 36
2.4.4 結論 37
2.5 本章小結 38
第3章 閉式透波腔等離子體射頻電感耦合放電實驗 39
3.1 引言 39
3.2 射頻電感耦合放電的電磁過程 39
3.2.1 吸收功率密度 39
3.2.2 歐姆加熱過程 41
3.3 閉式透波腔體的射頻電感耦合放電實驗 42
3.3.1 放電電源及電路 42
3.3.2 放電腔體及射頻天線 43
3.3.3 實驗安排 43
3.3.4 實驗測量及結果分析 44
3.4 仿真模擬 47
3.4.1 閉式透波腔體射頻電感耦合放電建模 47
3.4.2 仿真設置 48
3.4.3 仿真結果及分析 49
3.5 等離子體電子溫度計算軟件設計 53
3.5.1 軟件總體框架 53
3.5.2 基本校準方法 54
3.5.3 數(shù)據(jù)文件格式定義 55
3.6 本章小結 56
第4章 基于碰撞-輻射模型的等離子體參數(shù)診斷 57
4.1 引言 57
4.2 碰撞-輻射模型以及等離子體參數(shù) 57
4.2.1 碰撞-輻射模型 57
4.2.2 氬原子反應過程及速率系數(shù) 58
4.2.3 計算方程 59
4.2.4 等離子體參數(shù)計算 61
4.3 實驗測量及參數(shù)計算 62
4.3.1 發(fā)射光譜測量與分布分析 62
4.3.2 參數(shù)計算結果及誤差分析 62
4.4 徑向基函數(shù)網(wǎng)絡簡化碰撞-輻射模型診斷 65
4.4.1 徑向基函數(shù)網(wǎng)絡結構及學習過程 65
4.4.2 徑向基函數(shù)網(wǎng)絡簡化碰撞-輻射模型診斷方案設計 66
4.4.3 算例分析 68
4.5 遺傳算法應用于等離子體參數(shù)計算 71
4.5.1 遺傳算法概述 71
4.5.2 遺傳算法的基本步驟 72
4.5.3 問題定義 73
4.5.4 算例分析 73
4.6 本章小結 74
第5章 閉式透波腔等離子體對電磁波作用規(guī)律及隱身參數(shù)優(yōu)化研究 75
5.1 等離子體對電磁波的分層計算模型 75
5.1.1 弱電離等離子體的色散關系 75
5.1.2 分層計算模型 77
5.2 典型非均勻分布情形下等離子體對電磁波的影響 79
5.3 封閉腔體內(nèi)等離子體對電磁波的影響 85
5.4 等離子體參數(shù)優(yōu)化 86
5.4.1 目標函數(shù)及約束條件定義 86
5.4.2 擴展拉格朗日遺傳算法解決非線性優(yōu)化問題 86
5.4.3 優(yōu)化算例 87
5.5 雷達波反射率對等離子體參數(shù)的敏感性分析 89
5.5.1 優(yōu)化算例 89
5.5.2 優(yōu)化參數(shù)敏感度分析 90
5.6 本章小結 90
第6章 等離子體隱身參數(shù)優(yōu)化仿真方法的改進 91
6.1 參數(shù)優(yōu)化算法改進研究 91
6.1.1 改進參數(shù)優(yōu)化算法 91
6.1.2 算法的收斂性 99
6.1.3 性能測試 103
6.1.4 改進驗證 107
6.1.5 非精確參數(shù)控制下的優(yōu)化改進研究 108
6.2 等離子體隱身的分布式仿真計算方法 111
6.2.1 FDTD方法概述 111
6.2.2 基于分段線性遞歸的FDTD方法 112
6.2.3 方法有效性 115
6.2.4 分布式等離子體FDTD計算 116
6.2.5 算例分析 123
6.2.6 PLRC-FDTD等離子體仿真軟件設計 125
6.3 本章小結 127
第7章 石英夾層感性耦合等離子體放電系統(tǒng)的設計和放電模擬 128
7.1 石英夾層感性耦合等離子體放電系統(tǒng) 128
7.1.1 石英夾層感性耦合等離子體放電腔室與平板型天線 128
7.1.2 射頻電源與真空系統(tǒng) 129
7.1.3 石英夾層感性耦合等離子體放電系統(tǒng)連接 130
7.2 石英夾層感性耦合等離子體放電模擬 131
7.2.1 模型建立 133
7.2.2 Boltzmann方程求解模塊介紹 133
7.2.3 電子連續(xù)性方程和電子能量守恒方程 136
7.2.4 重粒子守恒方程 138
7.2.5 電磁場計算 140
7.2.6 初始條件和邊界條件設置 141
7.3 石英夾層感性耦合等離子體放電的參數(shù)分布 141
7.3.1 石英夾層感性耦合等離子體放電參數(shù)的時空演化規(guī)律 141
7.3.2 放電條件對等離子體參數(shù)分布的影響 144
7.4 本章小結 148
第8章 石英夾層感性耦合等離子體放電系統(tǒng)及隱身應用研究 149
8.1 石英夾層感性耦合等離子體與電磁波相互作用的數(shù)值模擬 149
8.1.1 時域有限差分方法原理 149
8.1.2 電磁波與等離子體相互作用的ZT-FDTD模型 152
8.1.3 石英夾層感性耦合等離子體反射率的計算結果分析 155
8.2 石英夾層感性耦合等離子體電磁波衰減率的測量 159
8.2.1 實驗設計 159
8.2.2 測量結果與分析 160
8.3 本章小結 162
第9章 結論與展望 164
9.1 主要研究工作和結論 164
9.2 主要創(chuàng)新性工作 166
9.3 研究工作展望 167
參考文獻 169
附錄A COMSOL Multiphysics仿真中使用的反應碰撞截面數(shù)據(jù) 180
附錄B 氬原子反應過程及速率系數(shù) 182