JP2019096240A - Electromagnetic wave analysis system for structures, electromagnetic wave analysis method for structures, and electromagnetic wave analysis program for structures - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、構造体の電磁波解析システム、構造体の電磁波解析方法及び構造体の電磁波解析プログラムに関する。 Embodiments of the present invention relate to an electromagnetic wave analysis system for a structure, an electromagnetic wave analysis method for a structure, and an electromagnetic wave analysis program for a structure.
高周波帯域における電磁波の伝搬解析手法の1つとしてSBR(Shooting and Bouncing Rays)法が知られている(例えば特許文献1参照)。SBR法はレイシューティング法とも呼ばれ、入射電磁波を複数の光線の集まりと近似して反射の法則に基づいて物体表面における電磁波の反射波を計算する解析手法である。また、SBR法において解析精度を向上させるために物体表面における電磁波の反射波のみならず、物体表面を透過した透過波を含めて解析を行う技術も提案されている(例えば非特許文献1参照)。 The SBR (Shooting and Bouncing Rays) method is known as one of the propagation analysis methods of electromagnetic waves in a high frequency band (see, for example, Patent Document 1). The SBR method is also called a ray-shooting method, and is an analysis method that approximates an incident electromagnetic wave to a collection of a plurality of light rays and calculates a reflected wave of the electromagnetic wave on the object surface based on the law of reflection. In addition, in order to improve the analysis accuracy in the SBR method, a technique has also been proposed that analyzes not only reflected waves of electromagnetic waves on the object surface but also transmitted waves transmitted through the object surface (for example, see Non-Patent Document 1) .
一方、導体に電磁波を入射させた場合に生じる散乱電磁波を近似的に解析する手法として、物理光学法(PO:Physical Optics)法及び物理光学的回折理論(PTD:Physical Theory of Diffraction)法が知られている(例えば非特許文献2及び非特許文献3参照)。
On the other hand, as a method of approximately analyzing scattered electromagnetic waves generated when electromagnetic waves are incident on a conductor, the Physical Optics (PO) method and the Physical Theory of Diffraction (PTD) method are known. (See, for example, Non-Patent
PO法及びPTD法は、導体に入射する電磁波によって誘起される電磁流を近似的に求め、放射積分によって散乱電磁波を求める解析法である。尚、PO法は導体に誘起される電磁流が一様であると近似して散乱電磁波を求める解析法であり、PTD法は導体に誘起される電磁流を非一様な電磁流として散乱電磁波を求める解析法である。 The PO method and the PTD method are analysis methods for approximately determining an electromagnetic current induced by an electromagnetic wave incident on a conductor and for determining a scattered electromagnetic wave by radiation integration. The PO method is an analysis method for obtaining scattered electromagnetic waves by approximating that the electromagnetic current induced in the conductor is uniform, and the PTD method uses the electromagnetic current induced in the conductor as the nonuniform electromagnetic current to be scattered electromagnetic waves. Is an analysis method to obtain
また、PO法及びPTD法において実行される、導体に誘起された電磁流に基づいて散乱電磁波を求めるための放射積分の計算についても従来から知られている(例えば非特許文献4参照)。 Also, calculation of a radiation integral for obtaining a scattered electromagnetic wave based on an electromagnetic current induced in a conductor, which is performed in the PO method and the PTD method, is conventionally known (see, for example, Non-Patent Document 4).
本発明は、導体で構成される構造体の表面に電磁波を入射させた場合に構造体の表面から放射される散乱電磁波をより良好な精度で計算できるようにすることを目的とする。 An object of the present invention is to make it possible to calculate scattered electromagnetic waves emitted from the surface of a structure when the electromagnetic wave is incident on the surface of a structure formed of a conductor with better accuracy.
本発明の実施形態に係る構造体の電磁波解析システムは、2次元又は3次元の導体からなる構造体を模擬したモデルに電磁波を複数の光線とみなして入射させ、反射の法則に基づいて前記構造体の表面で反射する電磁波を計算するシミュレーションを実行することによって前記構造体の表面で反射する電磁波を計算する反射波計算ユニットと、前記構造体の表面で反射する電磁波によって誘起される前記構造体の表面層における電磁流を計算し、前記構造体の表面層における電磁流によって前記構造体の表面から放射される散乱電磁波を計算する放射波計算ユニットとを有するものである。 The electromagnetic wave analysis system for a structure according to an embodiment of the present invention treats electromagnetic waves as a plurality of light beams on a model simulating a structure consisting of a two-dimensional or three-dimensional conductor, and enters the structure based on the law of reflection. A reflected wave calculation unit for calculating an electromagnetic wave reflected on the surface of the structure by executing simulation to calculate an electromagnetic wave reflected on the surface of the body, and the structure induced by the electromagnetic wave reflected on the surface of the structure And a radiation wave calculation unit for calculating the electromagnetic flow in the surface layer of and calculating the scattered electromagnetic wave emitted from the surface of the structure by the electromagnetic flow in the surface layer of the structure.
また、本発明の実施形態に係る構造体の電磁波解析方法は、2次元又は3次元の導体からなる構造体を模擬したモデルに電磁波を複数の光線とみなして入射させ、反射の法則に基づいて前記構造体の表面で反射する電磁波を計算するシミュレーションを実行することによって前記構造体の表面で反射する電磁波を計算するステップと、前記構造体の表面で反射する電磁波によって誘起される前記構造体の表面層における電磁流を計算し、前記構造体の表面層における電磁流によって前記構造体の表面から放射される散乱電磁波を計算するステップとを有するものである。 The electromagnetic wave analysis method of the structure according to the embodiment of the present invention is based on the law of reflection, considering electromagnetic waves as a plurality of light rays and entering the model simulating a structure formed of a two-dimensional or three-dimensional conductor. Calculating an electromagnetic wave reflected on the surface of the structure by performing simulation to calculate an electromagnetic wave reflected on the surface of the structure; and of the structure induced by the electromagnetic wave reflected on the surface of the structure Calculating an electromagnetic flow in the surface layer, and calculating a scattered electromagnetic wave emitted from the surface of the structure by the electromagnetic flow in the surface layer of the structure.
また、本発明の実施形態に係る構造体の電磁波解析プログラムは、コンピュータに、2次元又は3次元の導体からなる構造体を模擬したモデルに電磁波を複数の光線とみなして入射させ、反射の法則に基づいて前記構造体の表面で反射する電磁波を計算するシミュレーションを実行することによって前記構造体の表面で反射する電磁波を計算するステップ、及び前記構造体の表面で反射する電磁波によって誘起される前記構造体の表面層における電磁流を計算し、前記構造体の表面層における電磁流によって前記構造体の表面から放射される散乱電磁波を計算するステップを実行させるものである。 Further, the electromagnetic wave analysis program of a structure according to the embodiment of the present invention causes a computer to consider electromagnetic waves as a plurality of light beams and enter the model simulating a structure consisting of a two-dimensional or three-dimensional conductor, and the law of reflection. Calculating an electromagnetic wave reflected on the surface of the structure by performing a simulation to calculate an electromagnetic wave reflected on the surface of the structure based on the step of calculating electromagnetic waves reflected on the surface of the structure; The steps of calculating the electromagnetic flow in the surface layer of the structure and calculating the scattered electromagnetic wave emitted from the surface of the structure by the electromagnetic flow in the surface layer of the structure are performed.
本発明の実施形態に係る構造体の電磁波解析システム、構造体の電磁波解析方法及び構造体の電磁波解析プログラムについて添付図面を参照して説明する。 An electromagnetic wave analysis system for a structure, an electromagnetic wave analysis method for a structure, and an electromagnetic wave analysis program for a structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings.
(第1の実施形態)
(構造体の電磁波解析システムの構成及び機能)
図1は本発明の第1の実施形態に係る構造体の電磁波解析システムの構成図である。
First Embodiment
(Structure and function of electromagnetic wave analysis system of structure)
FIG. 1 is a configuration diagram of an electromagnetic wave analysis system of a structure according to a first embodiment of the present invention.
構造体の電磁波解析システム1は、2次元又は3次元の導体からなる構造体に電磁波を入射させた場合に構造体の表面から放射される散乱電磁波を解析するシステムである。導体の例としては、金属の他、炭素繊維強化プラスチック(CFRP:carbon fiber reinforced plastic)等の炭素を含む材料が挙げられる。また、導体の表面に電波吸収材体を含む塗料を塗布した構造体や導体の表面にシート状の電波吸収材体を貼付けた構造体を解析対象としてもよい。電波吸収材体には、鉄、ニッケル或いはフェライト等の金属やカーボンの粉末を樹脂に混合したもの、導電性の繊維の織物など、様々なものが知られている。
The electromagnetic
構造体の表面から放射される散乱電磁波は、2次元又は3次元の構造体を模擬した解析モデルを用いた電磁波解析シミュレーションによって計算することができる。散乱電磁波の解析対象となる構造体の例としては、航空機又は自動車を構成する構造体が挙げられる。航空機を構成する構造体の具体例としては、航空機のインテークダクト、アクセスパネルの取付対象となるケーシング、脚を収納するケーシング又は操縦席等が挙げられる。 The scattered electromagnetic waves emitted from the surface of the structure can be calculated by electromagnetic wave analysis simulation using an analysis model simulating a two-dimensional or three-dimensional structure. Examples of structures to be analyzed for scattered electromagnetic waves include structures constituting an aircraft or a car. Specific examples of the structure constituting the aircraft include an intake duct of the aircraft, a casing to which the access panel is to be attached, a casing for accommodating the legs, a control seat and the like.
電磁波解析システム1は、演算装置2、入力装置3及びディスプレイ4を備えた電子回路であるコンピュータ5の演算装置2に、構造体の電磁波解析プログラムを読込ませることによって、コンピュータ5の演算装置2を、モデル化ユニット6、反射波計算ユニット7及び放射波計算ユニット8として機能させたもので構成することができる。コンピュータ5の演算装置2を、モデル化ユニット6、反射波計算ユニット7及び放射波計算ユニット8として機能させる構造体の電磁波解析プログラムは、情報記録媒体に保存してプログラムプロダクトとしてユーザに提供することもできる。
The electromagnetic
モデル化ユニット6は、2次元又は3次元の構造体を模擬した解析モデルを作成する機能を有する。解析モデルを作成するために必要な図形情報は、入力装置3からモデル化ユニット6に入力することができる。
The
反射波計算ユニット7は、モデル化ユニット6によって作成された構造体の解析モデルを対象とするSBR法による電磁波解析シミュレーションによって、構造体の表面で反射する電磁波を計算する機能を有する。より具体的には、反射波計算ユニット7は、電磁波を複数の光線の集まりとみなして2次元又は3次元の構造体を模擬した解析モデルに光線を順次入射させ、反射の法則に基づいて構造体の表面において反射する電磁波を計算するシミュレーションを実行する機能を有する。このSBR法の電磁波解析シミュレーションによって、構造体の表面で反射する電場及び磁場の強度と位相を求めることができる。
The reflected
図2は、図1に示す電磁波解析システム1により実行される電磁波解析シミュレーションの対象となる解析モデル及び入射電磁波の第1の例を示す図、図3は、図1に示す電磁波解析システム1により実行される電磁波解析シミュレーションの対象となる解析モデル及び入射電磁波の第2の例を示す図、図4は、図1に示す電磁波解析システム1により実行される電磁波解析シミュレーションの対象となる解析モデル及び入射電磁波の第3の例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an analysis model to be subjected to an electromagnetic wave analysis simulation performed by the electromagnetic
解析モデル20の形状はもちろん、解析モデル20に入射させるべき入射電磁波の強度、入射位置及び向きを含む特性についても反射波計算ユニット7において任意に決定することができる。例えば、図2に例示されるように指定したある入射点(SP:shooting point)から360度方向又は特定の角度範囲に放射状に進行する電磁波を複数の光線Lの束として所望の形状を有する解析モデル20に入射させることができる。或いは、図3に例示されるように幅を有する一様な平面波として1方向に進行する電磁波を所望の形状を有する解析モデル20に入射させるようにしても良い。また、平面波を入射させる場合には、図4に例示されるように複数の平面波を異なる角度で所望の形状を有する解析モデル20に入射させるようにしても良い。すなわち、平面波を360度方向又は特定の範囲における複数の角度方向に入射させるようにしても良い。
Not only the shape of the
解析モデル20は、構造体の表面を模擬した3次元の閉じた面で囲まれた領域として定義しても良いし、構造体の表面を模擬した2次元の閉じた線で囲まれた領域として定義しても良い。解析モデル20を3次元のモデルとする場合には、3次元の空間位置を表す座標データで解析モデル20が表現され、解析モデル20を2次元のモデルとする場合には、2次元の位置を表す座標データで解析モデル20が表現される。
The
SBR法による電磁波解析の入力は、上述した解析モデル20の形状及び入射電磁波の特性の他、解析モデル20の電磁波に対する反射率となる。構造体が導体である場合には構造体の表面を電磁波が透過しないため、反射率を1に設定することができる。一方、電波吸収体で導体を被覆した構造体が解析対象である場合には、電波吸収体の特性に合わせて反射率を1よりも小さい値に設定することができる。
The input of the electromagnetic wave analysis by the SBR method is not only the shape of the
SBR法による電磁波解析の計算は、入射電磁波の位置に対応する入射点SPから解析モデル20の表面までの距離及び解析モデル20の表面と入射電磁波を表す各光線Lのなす角度に基づいて、解析モデル20の表面で反射する各光線Lの反射点の位置、各光線Lの反射方向並びに各反射点で反射した光線Lの強度と位相を求める計算となる。そして、電磁波の計算対象となる解析モデル20の表面の各位置を囲む単位領域を通過する全ての光線Lを加算することによって、解析モデル20の表面の各位置における電磁波の強度と位相を求めることができる。
The calculation of the electromagnetic wave analysis by the SBR method is performed based on the distance from the incident point SP corresponding to the position of the incident electromagnetic wave to the surface of the
例えば、図2に例示されるように指定したある入射点SPから放射状に球面波として電磁波を入射する場合であれば、光線Lの入射方向を刻み角Δθ1ずつ変化させ、解析モデル20の表面の各位置を含む単位領域を通過する全ての光線Lを加算することによって、解析モデル20の表面で反射した反射波の強度と位相を計算することができる。
For example, in the case where an electromagnetic wave is incident as a spherical wave radially from a certain incident point SP designated as illustrated in FIG. 2, the incident direction of the light beam L is changed by a step angle Δθ1 By adding all the rays L passing through the unit area including each position, the intensity and the phase of the reflected wave reflected by the surface of the
同様に、図3に例示されるような平面波を入射させる場合であれば、光線Lの入射点SPを刻み幅ΔD1ずつ変化させ、解析モデル20の表面の各位置を含む単位領域を通過する全ての光線Lを加算することによって、解析モデル20の表面で反射した反射波の強度と位相を計算することができる。
Similarly, in the case of entering a plane wave as illustrated in FIG. 3, all the points passing through the unit area including each position on the surface of the
また、図4に例示されるような複数の平面波を入射させる場合であれば、光線Lの入射点SPを刻み幅ΔD2ずつ、光線Lの入射方向を刻み角Δθ2ずつ、それぞれ変化させて単位領域を通過する全ての電磁波を加算することによって、電磁波の計算対象となる各位置における電磁波の強度と位相を計算することができる。 In addition, in the case of entering a plurality of plane waves as illustrated in FIG. 4, the incident point SP of the light beam L is changed by the dividing width ΔD2 and the incident direction of the light beam L is changed by the dividing angle Δθ2 to unit area By adding all the electromagnetic waves that pass through, it is possible to calculate the intensity and phase of the electromagnetic waves at each position to be calculated.
従って、解析モデル20を用いてSBR法により構造体の表面における電磁波の反射波を計算する場合には、解析モデル20の輪郭を範囲とする積分計算が実行されることになる。すなわち、解析モデル20が2次元の平面モデルであれば、解析モデル20の閉じた輪郭線を積分範囲とする線積分によって解析モデル20の周囲に沿う2次元的な電磁波を計算することができる。一方、解析モデル20が3次元の立体モデルであれば、解析モデル20の閉じた輪郭面を積分範囲とする面積分によって解析モデル20の周囲に沿う3次元的な電磁波を計算することができる。
Therefore, when the reflected wave of the electromagnetic wave on the surface of the structure is calculated by the SBR method using the
放射波計算ユニット8は、反射波計算ユニット7によるSBR解析によって計算された、構造体の表面で反射する電磁波によって誘起される構造体の表面層における電磁流を計算し、構造体の表面層における電磁流によって構造体の表面から放射される散乱電磁波を計算する機能を有する。計算結果として得られる散乱電磁波も、解析対象となる領域内の各位置における電磁波の強度と位相で表わすことができる。
The radiation
構造体の表面に照射された電磁波に基づいて構造体の表面に誘起される電磁流を計算し、更に構造体の表面に誘起された電磁流によって放射される散乱電磁波を計算する解析法としては、PO法やPTD法が知られている。 As an analysis method to calculate the electromagnetic current induced on the surface of the structure based on the electromagnetic wave irradiated to the surface of the structure and further calculate the scattered electromagnetic wave emitted by the electromagnetic current induced on the surface of the structure , PO method and PTD method are known.
PO法は、構造体の表面に誘起される電磁流が一様であると近似して散乱電磁波を求める解析法である。PO法における一様(uniform)電磁流はPO電流IPOと呼ばれる。図2乃至図4に示すようにPO法では、解析モデル20の表面Sのうち電磁波の入射位置から見える位置と、影となる位置が特定される。そして、電磁波の入射位置から見える表面Sの各位置を電磁波の照射位置Siとし、各照射位置Siにおいて表面Sに接する無限に広い平面に一様なPO電流IPOが誘起されるという近似が行われる。この場合、PO電流IPOの強度は解析モデル20が無い場合における各照射位置Siの入射磁界Hi及び解析モデル20の表面Sの単位法線ベクトルn_Vectorを用いて式(1)のように定義することができる。
IPO=2n_Vector×Hi (1)
The PO method is an analysis method for obtaining scattered electromagnetic waves by approximating that the electromagnetic current induced on the surface of the structure is uniform. The uniform electromagnetic current in the PO method is called PO current IPO . As shown in FIG. 2 to FIG. 4, in the PO method, the position viewed from the incident position of the electromagnetic wave and the position to be a shadow are specified on the surface S of the
I PO = 2n_Vector × Hi (1)
一方、解析モデル20の表面Sのうち電磁波の入射位置から見て影となる非照射位置Ssでは式(2)に示すように誘起される磁流MPOがゼロであるとの仮定が行われる。
MPO=0 (2)
On the other hand, at the non-irradiation position Ss which is a shadow when viewed from the incident position of the electromagnetic wave in the surface S of the
M PO = 0 (2)
このため、SBR法において求められる電磁波の各反射点は、PO法における電磁波の照射位置Siに相当し、解析モデル20の反射点で反射する電磁波の強度に基づいてPO電流IPOを求めることができる。すなわち、SBR法によって解析モデル20の表面Sのうち影となる非照射位置Ssと、電磁波の照射位置Siを峻別し、SBR法における電磁波の解析結果をPO法における入力とすることができる。
Therefore, each reflection point of the electromagnetic wave determined by the SBR method corresponds to the irradiation position Si of the electromagnetic wave in the PO method, and the PO current I PO can be determined based on the intensity of the electromagnetic wave reflected at the reflection point of the
解析モデル20の表面Sに誘起されるPO電流IPOが求められると、等価原理によりPO電流IPOの放射積分によって解析モデル20の表面Sから放射される散乱電磁波を計算することができる。すなわち、誘起された電流及び磁流から電場及び磁場を計算することができる。尚、導体に誘起された電磁流から散乱電磁波を計算するための放射積分は、例えば上述した非特許文献4であるC. Balanis, "Advanced engineering electromagnetics"の282頁から287頁に記載されている式(6−107)、式(6−108)、式(6−110)及び式(6−111)で示す計算によって行うことができる。
Once the PO current I PO induced on the surface S of the
他方、PTD法は、電磁流が誘起される物体を端部(エッジ)がある平板とみなして一様でない電磁流を求め、一様でない電磁流を考慮して散乱電磁波を求める解析手法である。従って、PO法を採用する場合には、構造体の表面における電磁流が一様なPO電流IPOとして計算されるのに対して、PTD法を採用する場合には、構造体の表面における電磁流が、一様でない電磁流として計算される。 On the other hand, the PTD method is an analysis method in which an object to which an electromagnetic current is induced is regarded as a flat plate having an edge (edge) to obtain an uneven electromagnetic current, and a scattered electromagnetic wave is determined in consideration of the uneven electromagnetic current. . Thus, when employing the PO method, the electromagnetic current at the surface of the structure is calculated as a uniform PO current I PO whereas when employing the PTD method, the electromagnetic current at the surface of the structure is employed. The flow is calculated as non-uniform electromagnetic flow.
PTD法はPO法を改良した解析手法であり、PO法におけるPO電流IPOにエッジの存在に起因する電流を付加することによって解析結果を得る解析手法である。エッジ部分において誘起される一様でない(non−uniform)電流は、FW(Fringe Wave)電流Ifと呼ばれる。FW電流Ifは、例えば、上述した非特許文献3であるA.Michaeli, "Elimination of infinities in equivalent edge currents, part I: Fringe current components"の式(24)及び式(25)で計算することができる。そして、PTD法の場合には、PO電流IPOに、FW電流Ifを付加して放射積分を行うことにより、散乱電磁波が計算される。
The PTD method is an analysis method that improves the PO method, and is an analysis method that obtains an analysis result by adding a current resulting from the presence of an edge to the PO current I PO in the PO method. The non-uniform current induced at the edge portion is called FW (Fringe Wave) current If . The FW current I f may be calculated, for example, using the equations (24) and (25) of A. Michaeli, “Elimination of infinities in equivalent edge currents, part I: Fringe current components” described in
更に、PTD法において、物体の表面に沿って伝搬する縦波(クリーピング波)を計算できる解析手法も提案されている。このため、PTD法による解析を採用すれば、高精度な散乱電磁波の解析結果を得ることができる。逆に、PO法を採用すれば解析計算を簡易化することができる。 Furthermore, in the PTD method, an analysis method capable of calculating a longitudinal wave (creeping wave) propagating along the surface of an object has also been proposed. For this reason, if analysis by the PTD method is adopted, it is possible to obtain analysis results of scattered electromagnetic waves with high accuracy. On the contrary, if PO method is adopted, analytical calculation can be simplified.
このように、PO法又はPTD法における散乱電磁波の解析処理も解析モデル20の表面に入射する電磁波によって放射される散乱電磁波を求める積分計算となる。すなわち、解析モデル20が2次元の平面モデルであれば、解析モデル20の閉じた輪郭線を積分範囲とする線積分によって解析モデル20の表面から放射される2次元的な散乱電磁波を計算することができる。一方、解析モデル20が3次元の立体モデルであれば、解析モデル20の閉じた輪郭面を積分範囲とする面積分によって解析モデル20の表面から放射される3次元的な散乱電磁波を計算することができる。
Thus, the analysis processing of the scattered electromagnetic wave in the PO method or the PTD method is also an integral calculation for obtaining the scattered electromagnetic wave emitted by the electromagnetic wave incident on the surface of the
放射波計算ユニット8における解析結果は、ディスプレイ4に表示させることができる。ディスプレイ4に表示させる解析結果は、散乱電磁波の分布を表すマップ画像データとしても良いし、数値として表す画像データとしても良い。また、構造体の表面における反射波と散乱電磁波を合成して得られる電磁波の分布をディスプレイ4に表示させるようにしても良い。
The analysis result in the radiation
(構造体の電磁波解析方法)
次に電磁波解析システム1による構造体の電磁波解析方法について説明する。
(Method of electromagnetic wave analysis of structure)
Next, an electromagnetic wave analysis method of a structure by the electromagnetic
図5は、図1に示す電磁波解析システム1による構造体の散乱電磁波解析の流れを示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flow chart showing a flow of scattered electromagnetic wave analysis of a structure by the electromagnetic
まずステップS1において、SBR法により構造体の表面で反射する電磁波が計算される。すなわち、例えば、図2乃至図4に例示されるような構造体を模擬した解析モデル20に電磁波を複数の光線Lとして順次入射させ、解析モデル20の表面における反射波の強度と位相を求めるSBR解析が反射波計算ユニット7において実行される。SBR解析結果として得られた解析モデル20の表面における反射波の強度と位相の分布は、反射波計算ユニット7から放射波計算ユニット8に与えられる。
First, in step S1, the electromagnetic waves reflected on the surface of the structure are calculated by the SBR method. That is, for example, an electromagnetic wave is sequentially incident as a plurality of light beams L on an
次に、ステップS2において、構造体の表面で反射した電磁波を入力データとするPO法又はPTD法により構造体の表面から放射される散乱電磁波が計算される。そのために、解析モデル20の表面で反射した電磁波によって誘起される解析モデル20の表面層における電磁流が放射波計算ユニット8において求められる。PO法であれば、一様流としてPO電流IPOが求められる。一方、PTD法であれば、非一様流としてPO電流IPOにFW電流Ifを付加した電磁流が求められる。
Next, in step S2, a scattered electromagnetic wave emitted from the surface of the structure is calculated by the PO method or PTD method using the electromagnetic wave reflected by the surface of the structure as input data. For that purpose, an electromagnetic flow in the surface layer of the
続いて、解析モデル20の表面層における電磁流によって解析モデル20の表面から放射される散乱電磁波が放射波計算ユニット8において求められる。これにより、構造体の表面から放射される散乱電磁波を解析結果として計算することができる。
Subsequently, the scattered electromagnetic waves emitted from the surface of the
次に、ステップS3において、解析結果画像の生成及び表示が放射波計算ユニット8において実行される。例えば、構造体の表面から放射される散乱電磁波の強度分布又は位相分布を2次元マップとして表示させる場合であれば、2次元マップ画像データが生成され、ディスプレイ4に出力される。或いは、構造体の表面から放射される散乱電磁波と、構造体の表面で反射した電磁波とを加算して得られる電磁波の強度や位相を表す2次元マップを生成及び表示させるようにしても良い。
Next, in step S3, generation and display of an analysis result image are performed in the radiation
次に、ステップS4において、構造体表面からの散乱電磁波を含む解析結果に基づく構造体の評価が行われる。散乱電磁波が分かれば、構造体の表面に電磁波が反射し易いか、或いは反射し難いかを把握することが可能となる。 Next, in step S4, the evaluation of the structure based on the analysis result including the scattered electromagnetic wave from the structure surface is performed. If the scattered electromagnetic wave is known, it is possible to grasp whether the electromagnetic wave is likely to be reflected or not easily reflected on the surface of the structure.
そこで、具体例として、散乱電磁波の強度に基づいて航空機を構成する構造体のステルス性の評価を行うことができる。例えば、ステルス性の設計要求に対応する閾値を設定し、散乱電磁波の強度が閾値以下又は閾値未満であれば、構造体が要求されるステルス性を満たしていると判定することができる。 Therefore, as a specific example, it is possible to evaluate the stealth of a structure that constitutes an aircraft based on the intensity of the scattered electromagnetic wave. For example, it is possible to set a threshold value corresponding to a stealth design request, and to determine that the structure satisfies the required stealth property if the intensity of the scattered electromagnetic wave is below the threshold value or below the threshold value.
ステルス性の判定は、ディスプレイ4に表示された解析画像データをユーザが目視することによって行っても良いし、自動化しても良い。ステルス性の評価を自動化する場合には、散乱電磁波の強度に対する閾値処理を行う機能を放射波計算ユニット8に設け、ステルス性の評価結果をディスプレイ4に表示させることができる。
The determination of stealth may be performed by the user visually observing the analysis image data displayed on the
(効果)
以上のような構造体の電磁波解析システム1及び構造体の電磁波解析方法は、SBR法による電磁波解析によって得られる構造体表面に照射される電磁波を、PO法又はPTD法による電磁波解析の入力とすることによって構造体から放射される散乱電磁波を求めるようにしたものである。
(effect)
The electromagnetic
このため、構造体の電磁波解析システム1及び構造体の電磁波解析方法によれば、構造体からの散乱電磁波を簡易な処理で高精度に求めることができる。すなわち、SBR法によって構造体の表面における電磁波の反射が計算されるため、構造体からの反射波の厳密解を求める場合に比べて計算を飛躍的に簡易にできるというSBR法の利点を活かしつつ、構造体の表面から放射される散乱電磁波を十分な精度で求めることができる。
For this reason, according to the electromagnetic
特に、PTD法により構造体から放射される散乱電磁波を求めるようにすれば、構造体のエッジにおける回折を考慮した散乱電磁波を求めることができる。 In particular, if the scattered electromagnetic wave emitted from the structure is determined by the PTD method, the scattered electromagnetic wave considering diffraction at the edge of the structure can be determined.
(第2の実施形態)
(構造体の電磁波解析システム及び電磁波解析方法)
図6は本発明の第2の実施形態に係る構造体の電磁波解析システムによる電磁波解析の対象となる解析モデルの形状例を示す図である。
Second Embodiment
(Electromagnetic wave analysis system and electromagnetic wave analysis method of structure)
FIG. 6 is a view showing an example of the shape of an analysis model to be an object of electromagnetic wave analysis by the electromagnetic wave analysis system of a structure according to the second embodiment of the present invention.
第2の実施形態における構造体の電磁波解析システム1では、散乱電磁波の解析対象となる構造体が少なくとも1か所で開口するキャビティを有する場合において計算誤差が低減されるように積分範囲を決定する点が第1の実施形態における構造体の電磁波解析システム1と相違する。第2の実施形態における構造体の電磁波解析システム1の他の構成及び作用については第1の実施形態における構造体の電磁波解析システム1と実質的に異ならないため、キャビティを有する構造体を模擬した解析モデル20のみ図示し、同一の構成又は対応する構成については図示及び説明を省略する。
In the electromagnetic
構造体が止まり孔、凹み、溝或いは貫通孔等の少なくとも1か所で開口するキャビティを内部に有する場合、図6に示すように構造体を模擬した解析モデル20にも少なくとも1か所で開口するキャビティ21が模擬される。解析モデル20がキャビティ21を有する場合には、解析モデル20のキャビティ21を含む輪郭22に沿う積分を含むSBR法による計算によって構造体の表面で反射する電磁波を計算する一方、キャビティ21の開口する部分21Aを塞いで得られる輪郭23に沿う積分を含むPO法又はPTD法による計算によって構造体の表面層に誘起される電磁流及び構造体の表面から放射される散乱電磁波を計算することが誤差の低減に繋がる場合がある。
When the structure has at least one open cavity such as a blind hole, a recess, a groove or a through hole, the
特に、図6に例示されるように一端が閉口し、他端が開口する止まり孔はもちろん、両端が開口する貫通孔のように、解析モデル20に入射させた電磁波がキャビティ21の内部で2回以上反射する条件でシミュレーションが実行される場合には、SBR解析における積分範囲を解析モデル20の輪郭22に沿う線又は面とする一方、PO解析又はPTD解析における積分範囲を解析モデル20のキャビティ21の開口する各部分21Aを塞いで得られる輪郭23に沿う線又は面とすることによって、解析結果における誤差の低減効果が顕著となる。
In particular, as illustrated in FIG. 6, the electromagnetic wave incident on the
図7は図6に示す形状を有する解析モデルを対象とする電磁波解析において計算誤差が生じるメカニズムを説明する図である。 FIG. 7 is a view for explaining a mechanism in which a calculation error occurs in electromagnetic wave analysis for an analysis model having the shape shown in FIG.
図6及び図7に示すように解析モデル20のキャビティ21内にSBR解析における光線Lを入射させると、キャビティ21内の表面で反射した光線Lが再びキャビティ21内の別の面で反射する場合がある。すなわち、解析モデル20の形状によっては光線Lが解析モデル20に多重反射する。
When the light beam L in SBR analysis is made to enter into the
図6及び図7は、光線Lがキャビティ21内の3箇所の反射点R1、R2、R3において反射する例を示している。光線Lの反射点R1、R2、R3は、解析モデル20のキャビティ21を含む輪郭22に沿う線又は面を積分範囲とするSBR解析によって計算される。
6 and 7 show an example in which the light ray L is reflected at three reflection points R1, R2 and R3 in the
一方、PO法及びPTD法において、キャビティ21を含む輪郭22に沿う線又は面を積分範囲とすると、反射点R1、R2、R3において反射する光線LもPO電流IPO等を誘起させる入射電磁波となる。すなわち、光線Lが複数の反射点R1、R2、R3において2回以上反射する場合には、各反射点R1、R2、R3において反射する光線LがPO法及びPTD法における入射電磁波の一部となる。
On the other hand, in the PO method and PTD method, assuming that a line or plane along the
しかしながら、PO法及びPTD法は誘起される電磁流を近似する解析法であるため、実際に生じる電磁流との間に誤差が生じる。特に、図7に示すように2回目以降の反射点R2、R3では、実際には存在しない疑似透過波L’が生じた場合と同様な、多重反射に特有の誤差が電磁流に生じる。 However, since the PO method and the PTD method are analysis methods that approximate the induced electromagnetic current, an error occurs between the PO method and the actually generated electromagnetic current. In particular, as shown in FIG. 7, at the second and subsequent reflection points R2 and R3, an error specific to multiple reflection occurs in the electromagnetic flow, as in the case where the pseudo-transmission wave L 'which does not actually exist is generated.
すなわち、最初の反射点R1で反射した光線Lは、次の反射点R2で再び反射するため、最初の反射点R1から次の反射点R2に向かう光線Lは実際には遮蔽される。しかしながら、PO法及びPTD法では、計算上反射点R2で光線Lが十分に遮蔽されず反射点R2を透過した疑似透過波L’が存在するものとして散乱電磁波の計算が行われてしまう。同様に、反射点R3においても、光線Lが十分に遮蔽されず反射点R3を透過した疑似透過波L’が存在するものとして散乱電磁波の計算が行われてしまう。これは、2回目以降の反射点R2、R3における光線Lの遮蔽は、それぞれ直前の反射点R1、R2で反射した光線Lに基づくPO法又はPTD法による計算ではなく、SBR法で計算されるためである。 That is, since the light ray L reflected at the first reflection point R1 is reflected again at the next reflection point R2, the light ray L going from the first reflection point R1 to the next reflection point R2 is actually blocked. However, in the PO method and the PTD method, calculation of the scattered electromagnetic wave is performed on the assumption that the ray L is not sufficiently blocked at the reflection point R2 and the pseudo transmitted wave L 'transmitted through the reflection point R2 is present. Similarly, also at the reflection point R3, calculation of the scattered electromagnetic wave is performed on the assumption that the light ray L is not sufficiently blocked and the pseudo-transmission wave L 'transmitted through the reflection point R3 is present. This is calculated by the SBR method, not by the PO method or PTD method based on the light beam L reflected at the reflection points R1 and R2 immediately before the second and subsequent reflection points R2 and R3. It is for.
そこで、キャビティ21内で光線Lの多重反射が起きる場合には、散乱電磁波に疑似透過波L’による誤差が生じないように、図6に例示されるようにPO法及びPTD法における放射積分の積分範囲を、キャビティ21の開口する各部分21Aを塞いで得られる輪郭23に沿う線又は面とすることができる。すなわち、キャビティ21と凸面24の双方を有する解析モデル20を対象としてPO法又はPTD法による散乱電磁波解析を行う場合には、積分範囲をキャビティ21以外の凸面24においては解析モデル20の表面とする一方、貫通孔や凹面を形成するキャビティ21においては、開口する部分21Aを塞ぐ線又は面とすることが好ましい。
Therefore, when multiple reflection of the light beam L occurs in the
そうすると、PO法又はPTD法において誘起される電磁流は、開口する部分21Aを塞ぐ積分線又は積分面において計算されるため、光線Lの多重反射に起因する疑似透過波L’による電磁流の計算を回避することができる。すなわち、疑似透過波L’の発生による散乱電磁波の誤差を低減することができる。
Then, since the electromagnetic current induced in the PO method or PTD method is calculated in the integration line or the integration plane that blocks the
以上の第2の実施形態は、SBR法とPO法又はPTD法を組合せた散乱電磁波解析において、構造体及び解析モデル20にキャビティ21がある場合には、PO法又はPTD法による積分の範囲を解析モデル20のキャビティ21を塞いで得られる輪郭23に沿う線又は面に設定するようにしたものである。
In the second embodiment described above, in the scattered electromagnetic wave analysis combining SBR method and PO method or PTD method, when the structure and the
(効果)
このため、第2の実施形態によれば、SBR法とPO法又はPTD法を組合せた散乱電磁波解析において、航空機のインテークダクトのようなキャビティを有する構造体を対象とする場合であっても、計算誤差を低減することができる。
(effect)
Therefore, according to the second embodiment, in the scattered electromagnetic wave analysis combining SBR method and PO method or PTD method, even when a structure having a cavity such as an intake duct of an aircraft is targeted, Calculation errors can be reduced.
具体的には、複雑な形状を有する構造体のキャビティ内において入射電磁波が多重反射する場合において、構造体のキャビティ内における疑似的な透過波が計算されてしまうことを回避することができる。すなわち、SBR法とPO法又はPTD法を組合せた解析計算において、多重反射する電磁波が構造体によって遮蔽されることを模擬することが可能となる。その結果、反射波が構造体によって遮蔽される影響を考慮した高精度な電磁波解析を行うことができる。 Specifically, in the case where the incident electromagnetic wave is multi-reflected in the cavity of the structure having a complicated shape, it can be avoided that the pseudo transmitted wave in the cavity of the structure is calculated. That is, in analysis calculation combining the SBR method and the PO method or the PTD method, it is possible to simulate that the electromagnetic waves that are multi-reflected are shielded by the structure. As a result, highly accurate electromagnetic wave analysis can be performed in consideration of the influence of the reflected wave being blocked by the structure.
一方、SBR法の計算においては、構造体の表面における反射波の計算精度を維持することができる。しかも、計算速度が速いというSBR法の利点を維持することができる。 On the other hand, in the calculation of the SBR method, the calculation accuracy of the reflected wave on the surface of the structure can be maintained. Moreover, the advantage of the SBR method of high calculation speed can be maintained.
(他の実施形態)
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。
(Other embodiments)
Although the specific embodiments have been described above, the described embodiments are merely examples and do not limit the scope of the invention. The novel methods and apparatus described herein may be embodied in various other ways. Also, various omissions, substitutions and changes in the form of the methods and apparatus described herein may be made without departing from the spirit of the invention. The appended claims and their equivalents are intended to cover such different forms and modifications as fall within the scope and spirit of the invention.
1 電磁波解析システム
2 演算装置
3 入力装置
4 ディスプレイ
5 コンピュータ
6 モデル化ユニット
7 反射波計算ユニット
8 放射波計算ユニット
20 解析モデル
21 キャビティ
21A 開口する部分
22、23 輪郭
24 凸面
L 光線
L’ 疑似透過波
n_Vector 単位法線ベクトル
R1、R2、R3 反射点
S 解析モデルの表面
Si 電磁波の照射位置
Ss 電磁波の非照射位置
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記構造体の表面で反射する電磁波によって誘起される前記構造体の表面層における電磁流を計算し、前記構造体の表面層における電磁流によって前記構造体の表面から放射される散乱電磁波を計算する放射波計算ユニットと
を有する構造体の電磁波解析システム。 Carrying out a simulation in which electromagnetic waves are regarded as a plurality of light beams and incident on a model simulating a structure consisting of a two-dimensional or three-dimensional conductor, and electromagnetic waves reflected on the surface of the structure are calculated based on the law of reflection. A reflected wave calculation unit that calculates an electromagnetic wave reflected on the surface of the structure by
Calculate the electromagnetic flow in the surface layer of the structure induced by the electromagnetic wave reflected on the surface of the structure, and calculate the scattered electromagnetic wave emitted from the surface of the structure by the electromagnetic flow in the surface layer of the structure An electromagnetic wave analysis system for a structure having a radiation wave calculation unit.
前記構造体の表面で反射する電磁波によって誘起される前記構造体の表面層における電磁流を計算し、前記構造体の表面層における電磁流によって前記構造体の表面から放射される散乱電磁波を計算するステップと
を有する構造体の電磁波解析方法。 Carrying out a simulation in which electromagnetic waves are regarded as a plurality of light beams and incident on a model simulating a structure consisting of a two-dimensional or three-dimensional conductor, and electromagnetic waves reflected on the surface of the structure are calculated based on the law of reflection. Calculating the electromagnetic wave reflected on the surface of the structure by
Calculate the electromagnetic flow in the surface layer of the structure induced by the electromagnetic wave reflected on the surface of the structure, and calculate the scattered electromagnetic wave emitted from the surface of the structure by the electromagnetic flow in the surface layer of the structure An electromagnetic wave analysis method of a structure having a step.
2次元又は3次元の導体からなる構造体を模擬したモデルに電磁波を複数の光線とみなして入射させ、反射の法則に基づいて前記構造体の表面で反射する電磁波を計算するシミュレーションを実行することによって前記構造体の表面で反射する電磁波を計算するステップ、及び
前記構造体の表面で反射する電磁波によって誘起される前記構造体の表面層における電磁流を計算し、前記構造体の表面層における電磁流によって前記構造体の表面から放射される散乱電磁波を計算するステップ、
を実行させる構造体の電磁波解析プログラム。 On the computer
Carrying out a simulation in which electromagnetic waves are regarded as a plurality of light beams and incident on a model simulating a structure consisting of a two-dimensional or three-dimensional conductor, and electromagnetic waves reflected on the surface of the structure are calculated based on the law of reflection. Calculating an electromagnetic wave reflected on the surface of the structure by calculating the electromagnetic flow in the surface layer of the structure induced by the electromagnetic wave reflected on the surface of the structure, and calculating the electromagnetic wave in the surface layer of the structure Calculating the scattered electromagnetic wave emitted from the surface of the structure by the flow;
Program of electromagnetic wave analysis of the structure to execute.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023054639A1 (en) * | 2021-09-30 | 2023-04-06 | 日東電工株式会社 | Method for designing radio wave scattering body, radio wave scattering body designing device, and program for designing radio wave scattering body |
-
2017
- 2017-11-27 JP JP2017227275A patent/JP2019096240A/en active Pending
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WO2023054639A1 (en) * | 2021-09-30 | 2023-04-06 | 日東電工株式会社 | Method for designing radio wave scattering body, radio wave scattering body designing device, and program for designing radio wave scattering body |
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