任意轴比非共形隐身斗篷的设计研究

发布时间：2020-07-04 08:20

【摘要】：超材料是一类具有自然界常规材料所不具备的特殊性质的人工复合材料,其主要特性为负的介电常数和负的磁导率。坐标变换的本质就是通过人为参与控制以此来改变电磁波传播方向。结合超材料技术的隐身斗篷在坐标变换的基础上,更改物理空间的材料参数使经过隐身斗篷的入射波按预期路径平滑地绕过隐身区域,从而实现完美隐身。根据超材料隐身斗篷的这一特性,科学家在国防军事及声学等领域的研究取得突破性进展。本文基于坐标变换理论对任意非共形隐身斗篷进行设计与研究,主要研究工作包括:1.本文以超材料特性以及坐标变换理论为基础,详细介绍超材料的定义、电磁特性,深入研究了直角坐标系和正交坐标系下的坐标变换理论,下文隐身斗篷的设计分析都建立在这些特性与原理之上。2.从简单的二维共形椭圆隐身斗篷出发,在上述理论基础上,实现了对任意二维非共形椭圆隐身斗篷本构参数通用表达式的推导,利用基于有限元分析的Comsol Multiphysics软件对不同模型的隐身斗篷进行数值模拟验证,根据电场分布图得到了相应的比较结果。通过分析最终证明了本文推导的二维非共形椭圆隐身斗篷表达式的正确性。3.将二维空间拓展到三维空间,目前,对于三维隐身斗篷的研究只局限于内外边界共形,然而实际生活应用中,球体这样共形结构的隐身斗篷已经达不到实际要求,例如对飞机机头机身、导弹等的设计研究。那么对于任意非共形椭球隐身斗篷在理论与实际应用等方面的设计研究都具有很大的必要性。本文基于线性坐标变换理论,提出任意三维非共形椭球隐身斗篷的设计方法,即椭球内外边界在x、y、z轴上轴比均不同,并得到非共形椭球斗篷的本构参数张量通用表达式,该斗篷的本构参数是非均匀各向异性的。使用软件工具对多种类型电磁波照射时的不同几何参量的非共形椭球斗篷进行三维仿真验证,三维电场分布图的结果证明了所推导的电磁材料参数张量的有效性。并对任意三维非共形椭球斗篷的电磁特性与存在损耗情况进行深入分析与研究,进一步说明了该隐身斗篷在几何形状选择上更加灵活,更加贴合实际应用。同时,本文所提出的任意三维非共形椭球斗篷为今后隐身斗篷的设计提供一种新的途径。
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33
【图文】：

介质的空间划分

(a) 二维隐身斗篷 (b) 三维隐身斗篷图 1-2 超材料隐身斗篷示意图1-2 可以清晰看出电磁波传播的轨迹。假设环形区域1 2R ≤ r ≤ R为图 1-2（a）蓝色部分，1r < R（红色区域）是被隐身区域，当电

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本文编号：2740879