Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Математическое моделирование экспериментов по воздействию высокочастотных электромагнитных полей на объекты Скачков, Михаил Викторович

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Скачков, Михаил Викторович. Математическое моделирование экспериментов по воздействию высокочастотных электромагнитных полей на объекты : автореферат дис. ... кандидата физико-математических наук : 05.13.16 / Ин-т прикладной математики им. М. В. Келдыша.- Москва, 1997.- 19 с.: ил. РГБ ОД, 9 97-2/3615-6

Введение к работе

Актуальность. С появлением и эксплуатацией в нашей стране и за рубежом насыщенного электронной техникой оборудования возникла проблема стойкости аппаратуры к электромагнитным воздействиям -природным и антропогенным. К числу последних относится электромагнитное излучение импульсных ионизирующих источников, длительное время исследовавшееся разными авторами с помощью средств численного моделирования, в результате чего были - получены амплитудные, пространственные и временные характеристики электромагнитного излучения. -Одновременно проводились исследования механизмов воздействия внешнего электромагнитного поля на технику. Среди возможных механизмов такого воздействия - наводки токов по внешнему корпусу объекта и проникновение высокочастотных электрических полей через отверстия в корпусе. Необходимость обеспечения работоспособности техники влечет за собой потребность в испытаниях ее стойксюти к электромагнитному воздействию.

Сложность, а в ряде случаев и невозможность реализаций натурных условий воздействия приводит к необходимости разработки лабораторных методов* испытаний техники на воздействие высокочастотных электромагнитных полей. В связи с этим встают вопросы о методике испытаний, оптимизации параметров моделирующих воздействие установок, а также адекватности лабораторных и реальных условий воздействия. Эти вопросы можно решить посредством математического моделирования. Поэтому актуальными становятся разработка и исследование математических моделей этих экспериментов; построение многомерных численных методик расчета электромагнитных полей, генерируемых в лабораторных опытах, и проведение'

на их основе численного эксперимента. Численный эксперимент (моделирование на ЭВМ исследуемого физического процесса) имеет ряд достоинств, а именно: является недорогим методом исследования^ позволяет независимо менять параметры задачи, извлекать информацию о процессе без' вмешательства в него, более детально изучать отдельные этапы эволюции процесса.

Возможны разные подходы к лабораторному испытанию работоспособности содержащих приборные комплексы объектов в условиях электромагнитного воздействия, различающиеся, например, способом возбуждения и физической природой электромагнитных колебаний. Один из таких подходов, который и рассматривается в данной работе, основан на использовании в качестве источника электромагнитных полей ускорителей электронов. Выбором соответствующей редакции эксперимента и параметров установки можно добиться близости характеристик воздействия в опыте и в натурных условиях функционированияобъекта испытаний. Для таких лабораторных экспериментов задачей математического моделирования является анализ параметров электромагнитного воздействия при использовании различных ускорителей и оптимизация редакций опытов выбором условий проведения испытаний.

В настоящей работе рассматриваются эксперименты с использованием в качестве испытательной установки ускорителя электронов ЛУЭ-7/30. На этой установке пучок релятивистских электронов ускорителя (амплитуда тока порядка десятков ампер) инжектируется в промежуток между цилиндрической боковой поверхностью вакуумной камеры радиуса R и проводящей цилиндрической боковой поверхностью объекта испытаний радиуса /?оЬ. (характерные размеры объекта и камеры порядка единиц метров). Генерируются электромагнитные поля, амшштудночастотные характеристики которых определяются, с одной стороны, геометрическими параметрами резонатора камера-объект, а с

другой - состоянием плазмы в камере.

Цель настоящей работы - на примере указанной установки провести анализ лабораторных опытов средствами математического моделирования. Такого рода анализ, предваряющий соответствующие экспериментальные.работы, должен способствовать выработке рекомендаций по оптимизации условий опытов и параметров установки. Для этого необходимо решить следующие задачи.

Основные задачи исследования:

разработать и исследовать расчетную математическую модель эксперимента;

построить многомерные численные методики расчета электромагнитных полей, генерируемых в лабораторных опытах, и провести на их основе численный эксперимент;

провести численные исследования параметров полей вблизи объекта и токов, наведенных на его поверхности;

продемонстрировать возможность применения построенных многомерных численных методик к решении широкого класса задач по изучению электромагнитной обстановки вблизи объекта испытаний.

Научная новизна.

Построена математическая модель для самосогласованного описания электронных токов в плазме и электромагнитных полей, генерируемых при распространении релятивистских электронных потоков, которая может быть положена в основу многомерных численных исследований ряда экспериментов по электромагнитному воздействии на объекты, содержащие приборные комплексы.

Для аксиально - симметричных областей разработана новая спектрально - разностная методика численного интегрирования пространственно трехмерных уравнений Максвелла в цилиндрических :-:с:---;:;-.і-тах, основанная на сочетании схемы "крест" в переменку.;-: С'-,г,~_- г

использованием Фурье-разложения по тригонометрическим функциям угловой переменной р. Методика сохраняет все преимущества двумерной явной схемы "крест" в переменных Ct,г,г) (простоту реализации, второй порядок аппроксимации на равномерных сетках и при достаточно гладком решении, устойчивость при выполнении условия Куранта) и реализуется как для последовательных расчетов на ПЭВМ с размещением в оперативной памяти лишь двумерных массивов, так и для параллельных расчетов на многопроцессорной вычислительной системе с распределенной памятью при полном отсутствии обменных операций между процессорами в ходе решения соответствующих двумерных систем разностных уравнений.

Практическая ценность. Созданный на основе разработок диссертации комплекс прикладных программ позволяет проводить численные исследования высокочастотных электромагнитных полей в окрестности проводящего цилиндрического объекта в опытах по испытанию электромагнитной стойкости. Трехмерная- численная методика, предложенная в работе, может быть использована и в других численных исследованиях электромагнитного поля в аксиально-симметричных областях.

Положения, выносимые на защиту:

математическая модель для самосогласованного описания электромагнитных полей, генерируемых в результате инжекции пучка быстрых электронов ускорителя в вакуумную камеру, и электронных токов в плазме;

разработанная двумерная численная методика расчета полей и токов в аксиально-симметричной постановке задачи;

новая спектрально-разностная методика численного интегрирования пространственно трехмерных уравнений Максвелла в цилиндрических координатах;

параллельная реализация спектрально-разностной методики на

многопроцессорной вычислительной системе с распределенной память» МВС-100;

- проведенные численные исследования электромагнитных полей и наведенных токов, генерируемых при распространении слаботочных электронных пучков в опытах по испытанию электромагнитной стойкости, а также при дифракции электромагнитного импульса на проводящем цилиндрическом объекте.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Всероссийской конференции памяти К.И.Бабенко "Теоретические основы и конструирование численных алгоритмов решения задач математической физики" С Пущино, 1996г.), научном семинаре Института динамики геосфер РАН, научных семинарах и.совещаниях отдела № 18 Института прикладной математики им.М. В.Келдыша РАН, на кафедре Прикладной математической физики Московского инженерно-физического института.

Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 6 печатных работах.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Основной текст изложен на 94 машинописных страницах, диссертация содержит 29 рисунков. Список литературы включает 106 наименований.

Похожие диссертации на Математическое моделирование экспериментов по воздействию высокочастотных электромагнитных полей на объекты