[发明专利]一种航天器充放电综合分析方法

权利要求书

1.一种航天器充放电综合分析方法，其特征在于包括如下步骤

(1)建立待进行充放电综合分析的航天器模型；

(2)对航天器模型进行网格划分，并配置各个网格的网格属性；所述的网格属性包括电导率、介电常数；

(3)确定进行航天器充放电综合分析的采用时间步长；

(4)设置航天器模型的初始粒子环境、地磁场环境；

(5)向航天器模型的各个网格发送电子，然后计算各个网格的电荷密度、电流密度；

(6)计算航天器模型各个网格的电磁场方程，进而得到各个网格的电场分量值、磁场分量值；所述的电磁场方程包括泊松方程、Maxwell方程；

(7)根据航天器模型各个网格的电场分量值、磁场分量值计算得到各个粒子所在位置的电场分量、磁场分量，然后更新各个粒子的位置、动量；

(8)根据当前航天器模型的充放电状态修正各个粒子的位置、动量，更新航天器模型各个网格的电场分量值、磁场分量值、电荷密度、电流密度，进而得到当前采用时间步长航天器模型的粒子环境、地磁场环境；

(9)转入步骤(5)，进行下一个采用时间步长的航天器充放电综合分析，直至结束航天器充放电综合分析；

所述的向航天器模型的各个网格发送电子的数量、动量、位置分布通过Furman模型、Everhart模型、Darlington模型、Sternglass模型、Sanders模型或者Prokopenko模型完成计算；

步骤(8)中，所述的根据当前航天器模型的充放电状态修正各个粒子的位置、动量的方法包括如下步骤：

(81)判断当前航天器模型的充放电状态，充放电状态包括表面放电、介质深层放电、表面充电或介质充电；

(82)根据当前航天器模型的表面放电状态、介质深层放电状态、表面充电状态或介质充电状态，根据泊松方程、欧姆定律或者蒙特卡罗法计算各个粒子的位置、动量；

(83)根据航天器模型充放电状态中空间材料的持续放气以及碰撞、放电、高温修正各个粒子的位置、动量；

所述的步骤(8)执行完成后还包括如下步骤：根据当前航天器模型充放电的综合分析需求修正航天器模型或者航天器模型计算区域内各个粒子的位置、动量、数量。

2.根据权利要求1所述的一种航天器充放电综合分析方法，其特征在于：所述的建立待进行充放电综合分析的航天器模型的方法为：

(1)建立航天器模型的基本结构单元，包括长方体、圆柱体、球体、锥体、圆台；

(2)对航天器模型的基本结构单元进行布尔运算，建立待进行充放电综合分析的航天器模型。

3.根据权利要求1或2所述的一种航天器充放电综合分析方法，其特征在于：所述的对航天器模型进行网格划分的约束包括：(1)体现航天器的结构和形状；(2)航天器模型的横纵网格比例不大于5；(3)航天器模型开放式边界距离航天器模型实际边界的距离大于10个网格。

4.根据权利要求1或2所述的一种航天器充放电综合分析方法，其特征在于：所述的确定进行航天器充放电综合分析的采用时间步长：

(1)根据Courant稳定性条件确定航天器模型充放电综合分析的最大时间步长Δt为

其中，Δx为航天器模型所在直角坐标系x轴方向的网格极小值，Δy为航天器模型所在直角坐标系y轴方向的网格极小值，Δz为航天器模型所在直角坐标系z轴方向的网格极小值，c表示光速；

(2)将最大时间步长Δt的0.5～0.9倍作为采用时间步长。

5.根据权利要求1或2所述的一种航天器充放电综合分析方法，其特征在于：所述的设置航天器模型的初始粒子环境、地磁场环境的方法包括如下步骤：

(1)令航天器模型位于静磁场内，并分别设置航天器模型各个网格的静磁场大小；

(2)在航天器模型的各个网格内放置n个电子-离子对，其中，n为整数且取值范围为[1～3]。