高超声速锥模型及其尾迹电磁散射实验研究

介绍了利用X、Ka波段雷达系统在中国空气动力研究与发展中心超高速所弹道靶上开展了金属锥模型和开槽锥模型及其尾迹的电磁散射截面积(RCS)实验研究,模型底部直径φ12mm、半锥角和头部半径分别为12.5°和1.0mm.金属锥模型速度大于6km/s,飞行环境压力为6.8kPa;开槽锥模型速度5.4km/s,飞行环境压力7 5kPa,雷达测量方式为X波段单站,Ka波段单站.实验结果表明:在等离子体绕流场包覆模型时,获得的锥模型单站X波段RCS、单站Ka波段RCS的实验结果与数值计算结果较为吻合;锥模型的单站后向电磁散射主要集中在模型头身部区域,尾迹散射相对较小.     

高超声速球模型尾迹电子密度试验研究

在中国空气动力研究与发展中心超高速所弹道靶上利用电子密度测量系统进行了高超声速钢球模型、铜球模型尾迹电子密度测量.电子密度测量系统由8mm微波干涉仪系统、开式微波谐振腔测量系统和闭式微波谐振腔测量系统组成.钢球模型直径φ10mm,速度分别为5. 8、5. 5、5. 6和5. 5km/s,对应的飞行环境压力分别为2. 79、5. 32、5. 85和10. 91kPa.铜球模型直径φ10mm,速度分别为5. 6、5. 6、5. 7和5. 5km/s,对应的飞行环境压力分别为1. 33、4. 79、5. 89和10. 91kPa.结果表明:(1)在压力5. 3~1lkPa范围内、速度约5. 5km/s试验条件下,压力越高,钢球模型的尾迹电子密度相应增大,电子密度的衰减速度较快;(2)在压力1. 3~6kPa范围内、速度约5. 6km/s试验条件下,压力越高,铜球模型的尾迹电子密度相应增大,电子密度的衰减速度较慢;(3)在压力约10. 7kPa、速度5. 5km/s试验条件下,铜球模型的尾迹电子密度衰减速度比钢球模型慢得多.     

高超声速钝锥模型及其尾迹红外辐射实验研究

介绍了利用InSb红外辐射计在弹道靶上测量底部直径为10mm、半锥角和头部半径分别为9°、2.2mm(模型A),8°、0.6mm(模型B)的两种非烧蚀钝锥模型及其尾迹的红外辐射.模型速度大于6km/s,飞行环境压力约4.8kPa,红外辐射测量波段为1~3μm、3~5μm.结果表明:非烧蚀钝锥模型头身部红外辐射远大于尾迹红外辐射,在相同飞行速度和环境压力条件下,模型A产生的红外辐射比模型B产生的红外辐射强.     

微波在薄层等离子体中传输效应研究

为了准确预测再入飞行过程中等离子体对微波传输特性的影响,采用WKB方法、FDTD方法、平面波理论和薄层等离子体理论4种方法,结合粉末激波管上开展的试验研究了X波段和Ka波段微波在薄层等离子体中的传输效应.对于X波段,试验时激波马赫数为9.6、10.7和10.5;对于Ka波段,试验时激波马赫数为10.5.通过对比与分析获得的主要结论有:当等离子体厚度和入射波波长相近时,薄层等离子体理论计算结果比其它三种方法的计算结果更接近于试验结果;在碰撞频率接近并且电子密度小于临界电子密度的条件下,Ka波段微波信号穿过相同厚度的等离子体比X波段微波信号衰减小得多,具有更强的穿透性;如果等离子体碰撞频率和微波入射频率相同,随着电子密度的增加,微波信号穿过相同厚度的等离子体时衰减变大;当碰撞频率和入射波频率差不多时,共振吸收导致衰减达到最大值.     

电磁波在等离子体高温气体中传输特性实验研究

针对高超声速飞行器头身部形成的等离子体鞘套对通信的影响,在中国空气动力研究与发展中心的粉末激波管上开展了电磁波在等离子体高温气体中传输特性的实验研究.实验中获得了等离子体气体中的电磁波透射率、电子密度和碰撞频率.实验结果表明:X波段和Ka波段电磁波在高激波马赫数Mas=16.1、1区气体压力P1=1200Pa的激波管实验状态下产生的厚度80mm等离子体高温气体中能量衰减大于30dB,难以传输;X和Ka波段电磁波在激波马赫数Mas=15 9、1区气体压力P1=80Pa的激波管实验状态下产生的厚度80mm等离子体高温气体中能量衰减大于30dB,难以传输;X波段和Ka波段电磁波在激波马赫数Mas=10.1、1区气体压力P1=80Pa的激波管实验状态下产生的高温等离子气体中平均传输损耗较小,可以进行有效传输;Ka波段电磁波在激波马赫数Mas=8.9、1区气体压力P1=1200Pa的激波管实验状态下产生的厚度80mm等离子体气体中平均传输损耗小于1dB,可以进行有效传输.实验得到的等离子体高温气体中的电磁波透射率、电子密度和碰撞频率与理论计算值基本一致.     

星载脉冲压缩降雨雷达的海面杂波分析

对于星载降雨雷达而言,降雨区域几乎贴在地球表面,地面特别是海面的后向散射回波要比雨水回波强得多.严重的海面杂波会通过天线波束以及脉冲压缩带来的距高旁瓣污染雨水回波.针对脉冲压缩雷达,首次综合分析了海面杂波通过天线主瓣、旁瓣和距离主瓣、旁辩对星载雷达降雨测量的干扰模型,推导出了考虑距离加权函数影响的雨水回波和地表杂波计算公式,模拟并计算了一台Ka波段星栽脉冲压缩降雨雷达所受的杂波干扰.分析结果表明,星载脉冲压缩降雨雷迭所受的杂波干扰比之前的研究结论更加严重,这也对天线旁瓣、压缩脉冲距离旁辩等雷达指标提出了更高的要求.     

大气环境中喷流等离子体隐身试验研究与分析

介绍了喷流等离子体隐身技术的原理性试验及其数值计算.试验是在大气环境中利用微型固体火箭发动机作为等离子体发生器,选择不同的发动机参数和推进剂控制发动机产生不同的喷流等离子体.在小双站角方式下,使用X波段连续波雷达系统测量了不同的喷流等离子体覆盖金属目标表面时的微波散射功率.试验结果表明,等离子体层厚度为9cm、电子密度分布接近为高斯分布、电子与中性气体的碰撞频率为高斯分布、峰值电子密度为1012/cm3量级、峰值碰撞频率为2.2×1011Hz的喷流等离子体对X波段微波具有明显的吸收作用,平均吸收达到90%.数值计算采用时域有限差分(FDTD)方法中的直接积分方法,用试验获得的等离子体层厚度、电子密度分布、电子与中性气体碰撞频率的空间分布等参数计算了有等离子体覆盖时金属目标的雷达散射截面(RCS),选用的微波频率为X波段的典型频率10GHz.数值结果表明,试验产生的特定等离子体能够有效地吸收电磁波的能量,减少RCS.数值计算结果和试验结果较吻合.     

弹道靶中球模型非平衡可见光辐射的测量

使用中国空气动力研究与发展中心(CARDC)再入物理弹道靶和双狭缝式辐射计测量了多个状态的高超声速无烧蚀钢球模型非平衡流场的可见光辐射强度,并对实验技术和方法进行了讨论和分析.测量波段中心波长位于可见光的绿光波段(517.8nm、519.8nm),半宽度为6.6nm.球模型飞行速度为4.8~5.7km/s,靶室压力1333~10666Pa.实验数据与文献和计算结果一致,并发现高靶压状态辐射强度峰值下降的拖尾现象,其原因尚待分析.     

前飞状态旋翼尾迹测量试验研究

利用PIV技术,测量前飞状态旋翼尾迹的横向速度分布及桨尖涡在横向剖面里的运动轨迹,得到了前飞状态旋翼两侧的尾迹边界及桨尖涡在运动过程中的耗散特性等,研究了风速及拉力系数对前飞状态旋翼尾迹和桨尖涡运动轨迹的影响.结果表明:前飞状态下,旋翼左右两侧尾迹的涡量值基本相当.旋翼尾迹沿径向急剧收缩,沿垂向逐渐下降,下降高度与流向距离几乎呈线性关系.风速、拉力系数的变化对桨尖涡及其运动轨迹有显著的影响.获得的测量结果为开展旋翼流动机理研究及提高CFD分析精度提供了试验依据.     

非烧蚀型防热材料烧蚀性能初步试验研究

介绍了在CARDC等离子体风洞中开展的非烧蚀型防热材料超高温陶瓷(UHTC)的试验研究结果.对Φ20mm平头圆柱体试验模型,采用亚声速驻点试验技术,在驻点热流478W/cm2,气流焓值27.9MJ/kg,环境压力18kPa条件下,分别对代号C(15、10)型、Y型、S(30、15、10)型3种材料模型进行了试验研究,并对模型试验前后的长度变化、质量变化以及模型表面温度进行了测量,初步分析了模型的表观变化、抗氧化特性和表面辐射特性.结果表明:Y型模型试验前后表观变化不大,表面温度达到1930℃;S型模型表面生成一层薄氧化层,稳定情形下模型表面温度达到1964℃;C型模型表面烧蚀严重,模型表面温度达到2462℃,防热性能最差.     

武装直升机雷达散射截面计算及雷达吸波材料影响分析

为提高直升机雷达散射特性预估的准确性,建立了目标雷达散射特性分析的计算电磁学(Computational electromagnetics method,CEM)方法,并开展了吸波涂层对直升机雷达散射截面(Radar cross section,RCS)特性影响的研究。首先,对复杂目标(例如直升机)进行几何建模和网格划分,获得空间网格单元上的电磁场信息,作为整个电磁场仿真分析的计算基础。然后,通过介质球和涂覆电磁介质导体球的算例对比,分析结合共形技术的时域有限差分法(Finite difference time domain,FDTD)在处理介质物体及涂覆涂层介质物体的有效性,结果表明FDTD方法计算结果与级数解吻合。在此基础上,计算和对比了金属旋翼以及涂覆吸波涂层旋翼的RCS特性,分析了典型方位角入射下全机涂覆前后对RCS特性的影响。研究表明:旋翼表面全涂覆雷达吸波材料(Radar absorbing material,RAM)后对直升机旋翼的RCS抑制效果明显,在全机强散射部位涂覆RAM可以显著地降低RCS特性,涂层的使用在直升机的隐身设计中起到关键的作用。     

雷达散射截面值的多机并行计算

为了提高计算效率,本文讨论了飞行器的RCS值的并行计算方法。基于自带存储器的多处理机系统,对多任务模式和农场主-雇员模式都作了探讨。发现这两种模式都适用于RCS值的并行计算,因此开发了计算RCS值的并行处理程序PARCS。实例表明其并行效率是很高的。     

三种不同的进气道与弹体组合体雷达散射截面特性

对三种不同进气道与弹体组合所得的三个模型进行了雷达散射截面（RCS）实验研究，三种组合分别为：埋入式进气道与多边形截面弹体的组合，埋入式进气道与常规圆截面弹体的组合、S弯进气道与常 圆截面弹体的组合，雷达散射截面特性实验和对比研究表明：圆截面弹身时，采用埋入式进气道比采用S弯进气道具有更好的隐身效果；采用埋入式进气道时，多边形截面导弹比圆截面弹身隐身性能更好。可以推断，多边形截面弹体与埋与式进气道的组合具有光明的应用前景。     

共轴旋翼高速直升机雷达散射截面计算及雷达吸波材料影响分析

为准确高效地预估共轴旋翼高速直升机的雷达散射特性,结合雷达吸波材料(Radar absorbing material,RAM)在隐身设计中的应用,开展了共轴旋翼高速直升机雷达散射截面(Radar cross section,RCS)特性及涂覆型RAM对其影响的研究。首先,基于计算涂覆目标表面散射的物理光学法(Physical optics,PO)和计算涂覆边缘绕射的等效电磁流法(Method of equivalent current,MEC),建立了计算RCS的高频方法,并通过涂覆了RAM的金属球和直升机矩形桨叶算例验证了其有效性。在此基础上,研究双旋翼、尾部螺旋桨、平垂尾和机身在鼻锥、侧向和尾追3个典型方位的雷达散射特性和强散射源分布,并采用局部涂覆RAM的方法进行隐身设计。研究表明:尾部螺旋桨、共轴旋翼桨毂及其整流罩部位、机身上曲率较大的鼻锥和尾部以及曲率较小的侧面护板是机身的重要强散射部位。在强散射部位涂覆RAM能有效降低高速直升机各方位双站RCS的均峰值,显著提升高速直升机隐身性能的效果。     

水下航行器热尾流试验研究

水下航行器热尾流温度分布研究对红外探潜和鱼雷制导都有重要意义.建立了一套用于实验室热尾流测量的温度测量系统,实验研究了水下航行器排放冷却水形成的热尾流温度分布特征,通过对水下航行器在稳定温度分层水池中航行形成的热尾流的温度测量及红外摄像,发现水下航行器排放热水形成的热尾流中的温度分布特征规律明显,实验结果与数值计算结果符合较好,分析了影响热尾流温度分布的主要因素,为舰艇热尾流的数值预报研究提供了基础.     

微波暗室内雷达散射截面自动测量系统

介绍了微波暗室内雷达散射截面自动测量系统。主要包括同步转角信号的Ａ／Ｄ转，ＲＣＳ值的同步采集与处理以及转台的自动控制等部分，该系统具有１／３６度的定位精度和２．５ｍＶ的回波电压分辨率，系统误差小于１ｄＢ，适用于ＲＣＳ、天线方向性图及电磁兼容等测量。     

微小卫星雷达隐身性能的在轨逆合成孔径雷达成像验证

成像雷达是空间目标监视系统中的重要组成部分.为深入评估某微小卫星的隐身性能,对卫星的逆合成孔径雷达(ISAR)成像效果进行预测,从雷达成像角度评估卫星的隐身效果.首先简述用于空间目标成像的ISAR成像的基本原理.然后构造卫星的散射点模型,散射系数采用微波暗室的实际测量值.依据仿真雷达系统参数和卫星实际在轨运行参数,计算卫星ISAR成像所需成像时间.对卫星3种飞行姿态,即卫星顶部指向地球表面的隐身姿态、卫星顶部与飞行方向一致和卫星底部指向地球表面两种非隐身姿态,以及不同信噪比情况,进行ISAR仿真,详细分析每种情况下的运动补偿效果和最终ISAR成像效果,说明了卫星隐身设计的有效性.     

简单形体目标电磁遮挡算法研究

为了自动地解决复杂目标高频电磁散射场计算时各部件之间的相互电磁遮挡问题，本文利用极大极小检验、Roberts算法、包含性检验等计算机消影算法，经过合理的工程处理，快速而准确地寻找简单形体目标各板块之间的相互遮挡关系，然后根据分析结果计算目标的RCS。文中以并排放置的锥柱组合体为例，在进行了电磁遮挡关系处理后，计算了其RCS，经与单一锥、柱RCS计算结果的比较，证明本文的电磁遮挡算法计算机时短，对简单形体目标的电磁遮挡处理行之有效。     

某飞翼外形雷达散射截面特性的分析

用物理光学理论和物理绕射理论计算了某飞翼外形雷达散射截面（ＲＣＳ）特性，并在微波暗室里对该飞翼模型的ＲＣＳ进行了测量，计算结果和测量结果基本吻合，在此基础上，分析了飞翼外形ＲＣＳ随方位角分布的特点以及其外形隐身设计的特点。