本书立足于飞行局部强散射部件的雷达散射截面缩减，以闭式透波腔等离子体隐身技术为研究对象，设计研制了闭式透波等离子体发生器，并基于低功耗的等离子体产生方法开展了放电实验，同时对等离子体参数诊断和针对提升隐身效果的参数优化进行了一些探索性的方法研究。本书的研究成果在理论上可为闭式等离子体隐身技术应用中的重要参数调节提供客观分析和决策依据；在实践上可为针对飞行器局部强散射部件隐身的闭式等离子体发生器设计提供参考。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究现状 3
1.2.1 等离子体隐身技术的研究现状 3
1.2.2 等离子体发生技术的研究现状 6
1.2.3 等离子体参数诊断技术的研究现状 7
1.2.4 等离子体隐身仿真计算的研究现状 9
1.3 闭式等离子体隐身的概念和基本要求 10
1.4 本书主要内容 12
第2章 高压高频电源激励的闭式等离子体放电实验 14
2.1 引言 14
2.2 小型闭式腔体等离子体放电实验 14
2.2.1 闭式放电腔设计 14
2.2.2 实验安排 15
2.2.3 放电参数测量 15
2.2.4 发射光谱法诊断等离子体参数分布 18
2.2.5 参数分布差异影响分析 22
2.2.6 结论 23
2.3 数值模拟 23
2.3.1 计算模型 23
2.3.2 仿真计算模型几何构型 26
2.3.3 仿真参数设置 27
2.3.4 仿真结果及分析 27
2.4 大尺寸闭式等离子体放电实验研究 30
2.4.1 实验安排 30
2.4.2 放电参数测量 31
2.4.3 等离子体参数分布 36
2.4.4 结论 37
2.5 本章小结 38
第3章 闭式透波腔等离子体射频电感耦合放电实验 39
3.1 引言 39
3.2 射频电感耦合放电的电磁过程 39
3.2.1 吸收功率密度 39
3.2.2 欧姆加热过程 41
3.3 闭式透波腔体的射频电感耦合放电实验 42
3.3.1 放电电源及电路 42
3.3.2 放电腔体及射频天线 43
3.3.3 实验安排 43
3.3.4 实验测量及结果分析 44
3.4 仿真模拟 47
3.4.1 闭式透波腔体射频电感耦合放电建模 47
3.4.2 仿真设置 48
3.4.3 仿真结果及分析 49
3.5 等离子体电子温度计算软件设计 53
3.5.1 软件总体框架 53
3.5.2 基本校准方法 54
3.5.3 数据文件格式定义 55
3.6 本章小结 56
第4章 基于碰撞-辐射模型的等离子体参数诊断 57
4.1 引言 57
4.2 碰撞-辐射模型以及等离子体参数 57
4.2.1 碰撞-辐射模型 57
4.2.2 氩原子反应过程及速率系数 58
4.2.3 计算方程 59
4.2.4 等离子体参数计算 61
4.3 实验测量及参数计算 62
4.3.1 发射光谱测量与分布分析 62
4.3.2 参数计算结果及误差分析 62
4.4 径向基函数网络简化碰撞-辐射模型诊断 65
4.4.1 径向基函数网络结构及学习过程 65
4.4.2 径向基函数网络简化碰撞-辐射模型诊断方案设计 66
4.4.3 算例分析 68
4.5 遗传算法应用于等离子体参数计算 71
4.5.1 遗传算法概述 71
4.5.2 遗传算法的基本步骤 72
4.5.3 问题定义 73
4.5.4 算例分析 73
4.6 本章小结 74
第5章 闭式透波腔等离子体对电磁波作用规律及隐身参数优化研究 75
5.1 等离子体对电磁波的分层计算模型 75
5.1.1 弱电离等离子体的色散关系 75
5.1.2 分层计算模型 77
5.2 典型非均匀分布情形下等离子体对电磁波的影响 79
5.3 封闭腔体内等离子体对电磁波的影响 85
5.4 等离子体参数优化 86
5.4.1 目标函数及约束条件定义 86
5.4.2 扩展拉格朗日遗传算法解决非线性优化问题 86
5.4.3 优化算例 87
5.5 雷达波反射率对等离子体参数的敏感性分析 89
5.5.1 优化算例 89
5.5.2 优化参数敏感度分析 90
5.6 本章小结 90
第6章 等离子体隐身参数优化仿真方法的改进 91
6.1 参数优化算法改进研究 91
6.1.1 改进参数优化算法 91
6.1.2 算法的收敛性 99
6.1.3 性能测试 103
6.1.4 改进验证 107
6.1.5 非精确参数控制下的优化改进研究 108
6.2 等离子体隐身的分布式仿真计算方法 111
6.2.1 FDTD方法概述 111
6.2.2 基于分段线性递归的FDTD方法 112
6.2.3 方法有效性 115
6.2.4 分布式等离子体FDTD计算 116
6.2.5 算例分析 123
6.2.6 PLRC-FDTD等离子体仿真软件设计 125
6.3 本章小结 127
第7章 石英夹层感性耦合等离子体放电系统的设计和放电模拟 128
7.1 石英夹层感性耦合等离子体放电系统 128
7.1.1 石英夹层感性耦合等离子体放电腔室与平板型天线 128
7.1.2 射频电源与真空系统 129
7.1.3 石英夹层感性耦合等离子体放电系统连接 130
7.2 石英夹层感性耦合等离子体放电模拟 131
7.2.1 模型建立 133
7.2.2 Boltzmann方程求解模块介绍 133
7.2.3 电子连续性方程和电子能量守恒方程 136
7.2.4 重粒子守恒方程 138
7.2.5 电磁场计算 140
7.2.6 初始条件和边界条件设置 141
7.3 石英夹层感性耦合等离子体放电的参数分布 141
7.3.1 石英夹层感性耦合等离子体放电参数的时空演化规律 141
7.3.2 放电条件对等离子体参数分布的影响 144
7.4 本章小结 148
第8章 石英夹层感性耦合等离子体放电系统及隐身应用研究 149
8.1 石英夹层感性耦合等离子体与电磁波相互作用的数值模拟 149
8.1.1 时域有限差分方法原理 149
8.1.2 电磁波与等离子体相互作用的ZT-FDTD模型 152
8.1.3 石英夹层感性耦合等离子体反射率的计算结果分析 155
8.2 石英夹层感性耦合等离子体电磁波衰减率的测量 159
8.2.1 实验设计 159
8.2.2 测量结果与分析 160
8.3 本章小结 162
第9章 结论与展望 164
9.1 主要研究工作和结论 164
9.2 主要创新性工作 166
9.3 研究工作展望 167
参考文献 169
附录A COMSOL Multiphysics仿真中使用的反应碰撞截面数据 180
附录B 氩原子反应过程及速率系数 182
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