电磁波和热流传播路径的控制

发布时间：2017-09-28 12:07

  本文关键词：电磁波和热流传播路径的控制

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【摘要】：通过控制电磁波和热流在介质中的传播路径,可以设计许多有潜在应用前景的功能型斗篷,用于实现电磁隐身,电磁幻象,热隐身,热幻象和热防护等效果。研究这些斗篷的形状结构,以及用于材料参数设计的坐标变换,不仅能够提高斗篷在工程应用中的灵活性和实用性,还能扩展斗篷理论上可以实现的功能和效果。本文介绍了基于坐标变换设计斗篷材料参数的原理,展示了确定电磁波传播路径的麦克斯韦方程组和热流传播路径的热传导方程在坐标变换前后具有形式不变性。采用具有一般材料参数的介质,作为任意形状电磁幻象斗篷包裹的物体,研究物体在斗篷作用下对外部电磁场的扰动和幻象物体的相似度,以及电磁波频率的变化对于斗篷效果的影响。结果表明入射电磁波的波长与斗篷尺寸相当或更大时,斗篷效果很好;而随着波长的减小,其效果就会减弱,甚至会完全失效。用非线性坐标变换设计热斗篷的材料参数,讨论变换阶数对于热斗篷的热隐身和热防护效果的影响。通过对仿真结果和温度数据的分析,再考虑到材料参数实现难度随变换阶数的变化,可以得出结论,坐标变换阶数不宜选择过大,在线性变换阶数附近比较合适。基于折叠坐标变换和互补材料,提出一种可以实现外部物体热隐身的热斗篷,使用有限元仿真方法验证其热隐身效果。进而提出一种同时具有内外屏蔽空间的热斗篷,并证明热流方向的改变不会对这两种热斗篷的热隐身效果造成影响。为了对处于持续热流中的物体进行热防护,设计非闭合型热防护斗篷。提出三套带有可调系数的热斗篷材料参数,分析和比较对应的三种热斗篷在可调系数相同情况下的热防护效果,再以效果最好的一套参数来讨论可调系数对于斗篷热防护效果的影响,最终得出一套热防护效果最好的非闭合热斗篷材料参数方案。
【关键词】：电磁波 热流 圆柱斗篷 任意形状 非线性变换
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O441.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 电磁斗篷研究现状10-12
• 1.2.2 热斗篷研究现状12-13
• 1.3 国内外研究现状综述13-14
• 1.4 主要研究内容14-16
• 第2章 二维电磁斗篷和热斗篷的设计方法16-27
• 2.1 引言16
• 2.2 基于坐标变换的电磁斗篷16-21
• 2.2.1 电磁场分布满足的波动方程16-18
• 2.2.2 麦克斯韦方程组在坐标变换下的形式不变性18-21
• 2.3 基于坐标变换的热斗篷原理21-24
• 2.4 通过设计热流路径的热斗篷原理24-25
• 2.5 本章小结25-27
• 第3章 任意形状的电磁幻象斗篷27-43
• 3.1 引言27
• 3.2 电磁幻象斗篷的材料参数27-32
• 3.3 电磁幻象斗篷的效果分析32-39
• 3.3.1 仿真模拟分析32-35
• 3.3.2 散射宽度分析35-39
• 3.4 入射电磁波频率对斗篷效果的影响39-41
• 3.5 本章小结41-43
• 第4章 任意阶坐标变换下的热斗篷43-55
• 4.1 引言43
• 4.2 不同阶坐标变换下的热斗篷材料参数43-47
• 4.3 不同阶坐标变换下的热斗篷效果分析47-53
• 4.3.1 热隐身效果分析47-50
• 4.3.2 热防护效果分析50-53
• 4.4 本章小结53-55
• 第5章 具有外屏蔽空间的热隐身斗篷55-67
• 5.1 引言55
• 5.2 具有外屏蔽空间的热隐身斗篷材料参数55-58
• 5.3 该热隐身斗篷的效果分析58-61
• 5.4 同时具有内外屏蔽空间的热斗篷61-66
• 5.4.1 材料参数61-64
• 5.4.2 效果分析64-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第6章 非闭合的热防护斗篷67-78
• 6.1 引言67
• 6.2 非闭合热防护斗篷的材料参数67-70
• 6.3 非闭合热防护斗篷的效果分析70-74
• 6.3.1 仿真结果分析70-73
• 6.3.2 温度数据分析73-74
• 6.4 可调系数对热防护效果的影响74-76
• 6.5 本章小结76-78
• 结论78-80
• 参考文献80-84
• 致谢84

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本文编号：935742