直升机旋翼涂敷吸波材料减缩RCS试验研究

翼面类部件的RCS减缩始终是飞行器隐身研究的重要课题,在微波暗室对某直升机旋翼金属模型和涂敷吸波材料模型进行测试研究。在金属旋翼模型表面涂敷1 mm厚吸波材料,可以在8~18 GHz、HH极化下,将其RCS的峰值减缩5~8 dB,360°周向算术均值减缩约5 dB,充分利用了所用吸波材料平板试件法向减缩量8~11 dB...     

基于左手材料的翼面隐身结构设计及优化

翼面隐身结构能同时满足飞行器机翼气动、结构和隐身的要求,但在空间有限的机翼中应用时,由于结构特点使其隐身效果受到限制。为了解决该问题,在传统隐身结构中加入左手材料(LHM)进行改进。首先选取一种典型的LHM,从隐身设计角度出发,利用其雷达散射截面(RCS)计算不同入射角度下的后向吸收率,对其电磁特性进行研究。然后根据LHM的电磁特性,将其应用于翼面隐身结构,在相同的RCS减缩效果下,应用LHM可有效降低隐身结构体积。最后,为了进一步提高隐身效果,提出一种夹芯型LHM翼面隐身结构,并对该隐身结构中的结构参数利用代理模型进行优化。研究结果表明,相较金属翼面段RCS降低了15dB以上,较相同结构的翼面隐身结构RCS降低了10dB以上。     

机载巡航导弹外形隐身改进的电磁散射影响

隐身技术是提高巡航导弹突防能力的重要技术手段，为分析外形隐身对巡航导弹电磁散射特性影响，建立了隐身、常规巡航导弹电磁模型，基于物理光学法和RCS减缩值，研究了外形隐身RCS曲线分布影响、频率响应特性、俯仰角响应特性。结果表明，外形隐身可大幅降低前后向散射特性，改变RCS散射波峰位置，使前后向曲线向内收敛；频率增加，前向均值和减缩值分别在-32 dBsm、25 dB左右振荡变化，其他角域RCS均值降低而减缩值增加；俯仰角变化较小时不影响散射特性，各角域RCS均值和减缩值呈振荡趋势，前向减缩值约为35 dB左右，后向俯仰角0度时最大。     

考虑旋翼调制影响的直升机RCS特性分析及评估

考虑旋翼调制的影响,建立了适合于直升机全机雷达散射截面(RCS)特性计算的“面元-边缘法”.兼顾计算效率和精度,在外形变化剧烈地区域,网格进行加密处理,并保证电磁网格密度和尺度满足雷达波波长大小的比例关系.以桨盘倾倒方式计入桨叶的挥舞和变距运动,采用准静态法模拟旋翼对全机RCS特性的影响.分析了某直升机RCS极化、姿态、频率响应特性,并根据直升机RCS和雷达探测距离关系,提出了4级预警机制和角域范围.研究表明:旋翼转动时全机RCS动态响应具有连续性和对称性,振荡区散射水平强,RCS幅值为-5~12dB ·m2;奇数片桨叶比偶数片桨叶的RCS减缩2~5dB ·m2,且有利于控制直升机RCS包络线和散射峰值的时域响应,增强雷达隐身性能.      

直升机旋翼桨叶外形对雷达特征信号的影响

应用一种将物理光学、等效电磁流和准静态法相结合的方法,开展旋翼桨叶外形雷达特征信号时频域谱特性的研究。首先开展翼型参数、桨尖后掠和下反角对旋翼雷达散射截面(RCS)的影响机理和响应特性分析;然后通过对比选择不同桨叶片数和桨尖后掠角时旋翼回波信号的时频域变化规律,获得实现旋翼RCS减缩的桨叶片数和强散射源分布特点,并结合时频域灰度图谱发现和提取旋翼动态RCS闪烁域出现的时机与次数。研究表明:后掠桨尖是旋翼重要的强散射源之一;采用3片或5片桨叶时旋翼的RCS峰值比4片桨叶时分别减缩2.32dB·m2和2.52dB·m2,有利于控制雷达散射回波的峰值响应;由薄翼型NACA0006构成旋翼的雷达最大探测距离是厚翼型NACA0024旋翼的38.6%和41.8%,综合隐身效果最好。     

介质涂覆位置对球面收敛喷管电磁散射特性影响

外形设计和隐身材料使用是缩减目标雷达散射截面积(RCS)的两种常用方法。为了研究雷达吸波材料(RAM)对于球面收敛矢量喷管(SCFN)的RCS减缩效果,采用引入阻抗边界条件后的迭代物理光学(IPO)法,研究了球面收敛二元喷管及8种吸波材料涂覆方案的电磁散射特性,并获得了X波段下9种模型的后向RCS随探测角度的变化规律。研究结果表明:吸波材料涂覆可以有效地缩减球面收敛喷管的RCS;合理的涂覆方案可以在保证RCS缩减效果的基础上,降低吸波材料的使用量;相比全涂覆方案,仅在喷管出口和球面段进行涂覆,可以在吸波材料减少30%使用量的情况下,达到全涂覆方案80%的缩减效果。     

翼面隐身结构电磁散射特性稳健优化设计研究

隐身结构是指由蒙皮和多种内部材料组成的、能满足承载要求、并具有明显降低雷达散射截面(RCS)的结构.阐述了一种典型的翼面隐身结构方案.为了进一步挖掘该隐身结构减缩RCS的潜力和考虑到实际情况中作为设计变量的吸波材料、玻璃钢电磁参数以及内部几何形状会有一定偏差,应用基于代理模型的优化策略,对其进行电磁散射特性稳健优化设计.研究结果表明,经过优化设计后,能显著降低翼面隐身结构RCS及其对设计变量的敏感性.     

平面埋入式进气道的电磁散射特性

 对一种平面埋入式进气道在Ku波段选择入射频率15 GHz情况下进行了电磁散射特性的实验和仿真研究,取得了平面埋入式进气道雷达散射截面（RCS）随方位角、迎角和终端的变化规律。研究结果表明: (1)平面埋入式进气道布局的导弹模型在水平极化终端为风扇时±60°RCS均值为-27.42 dBsm,垂直极化为-28.50 dBsm是一种隐身方案;(2)迎角变化对埋入式进气道RCS的影响不大,在-5°~10°的迎角范围内RCS均值的变化不大于4 dB;(3)运用时域有限差分法(FDTD)计算所得的RCS随方位角变化曲线与实验曲线趋势基本一致,±60°均值误差在1 dB左右。     

一种直升机进气道电磁散射减缩方案实验研究

对一种与发动机舱融合设计的直升机进气道在垂直极化方式、水平极化方式下进行了电磁散射特性减缩方案研究。通过对比不同减缩方案与全金属模型RCS性能参数,研究了各种减缩方案的减缩效果,结果表明,该类进气道在采用电磁散射减缩方案时,RCS较全金属模型而言,均有不同程度的降低,其中采用在前唇口、上下唇口、前输出轴、动力舱粘贴吸波材料缩减方案的减缩效果是最佳的,可以获得8dB左右的RCS减缩效果。另外,垂直极化方式下采用减缩方案的减缩效果要比水平极化方式效果好。      

飞行器目标频率响应散射特性

为研究飞行器目标散射频率响应特性和隐身、反隐身原理,对两种飞行器平板缩比模型进行了系列测试和计算研究,推导和验证了简单目标（金属球）的频率响应特性在飞行器目标上的适用性,并推广到如飞行器复杂散射体的分析。提出了划分瑞利区、谐振区、高频区的新方法,指出飞行器具有隐身能力极限的概念;研究了目标多频散射的极化特性,发现频率降低时,水平极化下全向雷达散射截面（RCS)均值逐渐增大,垂直极化时减小。得到了两种飞行器目标处于瑞利区、谐振区时依靠外形隐身所能达到的RCS极限值。结果分析表明,在瑞利区和谐振区,目前的外形隐身措施存在不能超越的极限,在这两个区域的雷达隐身需结合外形和材料隐身技术。     

铌掺杂ITO镀膜玻璃电磁散射特性试验

座舱玻璃镀膜是实现飞行器隐身技术的重要途径之一。利用雷达散射截面(RCS)均值增益研究铌掺杂ITO镀膜玻璃隐身性能;针对不同方块电阻的铌掺杂ITO镀膜玻璃,进行系列化RCS暗室测试,分析不同入射频率、极化方式的电磁散射特性。结果表明:方块电阻增大时电磁散射减弱,合适的方块电阻(小于40Ω/m~2)有利于实现座舱外形隐身,散射特性与金属接近,频率较高时,镜面散射波峰较窄。     

座舱及进气道对某飞翼布局电磁散射影响

座舱和进气道对飞行器隐身性能有重要作用。为分析座舱及进气道的散射影响特性,建立了四种包含不同部件的电磁模型,结合物理光学法和雷达截面积(RCS)均值相对增值概念,研究了RCS曲线分布影响、俯仰角响应特性、频率响应特性。结果表明:考虑隐身设计的座舱和进气道不改变散射分布特性,RCS曲线分布特性相似;俯仰角增加,座舱影响较小,进气道、混合座舱和进气道前向、后向、周向角域相对增值震荡性递增,频率增加,座舱对电磁散射影响不大,进气道、混合座舱和进气道的前向、后向角域的相对增值震荡减小。座舱对电磁散射影响较小,前向相对增值位于-2.4～1 dB之间,进气道对电磁散射影响较大,前向相对增值为2～12 dB。     

用改进MMN的MLFMA分析外形隐身的多频减缩特性(英文)

为精确高效计算多极子模式数(MMN),提出了3个控制因子,详细研究了控制因子对多层快速多极子算法(MLFMA)的积分采样点数和计算精度的影响;基于控制因子,提出一种改进措施,可在保证精度的前提下,显著提高计算效率、有效降低内存。对3种飞行器,采用改进的MLFMA,分析了多频散射特性,发现飞行器外形在不同频率区域均可影响雷达散射截面(RCS)。研究了外形隐身布局和考虑隐身的常规布局的RCS多频减缩规律,结果表明,外形隐身在谐振区和高频区具有较大的RCS减缩效果,在瑞利区仍具有较弱影响;与吸波相比,外形隐身可产生较广的多频RCS减缩。以上结果可用于飞行器在多频段或全频段的隐身设计。     

轴对称塞式喷管电磁散射特性数值模拟

为研究塞锥存在对喷管雷达隐身特性的影响,以涡扇发动机轴对称喷管为基础,设计了加有不同锥度塞锥的塞式喷管;运用自主开发的基于物理光学迭代(IPO)和等效边缘电磁流(EEC)方法的程序对各型塞式喷管的雷达散射特性进行了数值计算并与原轴对称喷管特性进行对比分析。结果表明:塞式喷管能够有效降低喷管雷达散射截面(RCS);但0°仰俯角附近会有局部升高,在水平极化和垂直极化方式下RCS值分别比原喷管最大增大8.14%,11.77%;存在最优锥度,在水平和垂直极化方式下都能够最大程度减小喷管总场RCS均值,使得其比原喷管分别减缩13.2%,15.2%。     

用于航空电磁防护和智能隐身的光学透明柔性宽带吸波器的试验研究

本文设计了一种可用于航空器电磁防护和智能隐身的光学透明的宽带超材料柔性吸波器。该吸波器采用三明治结构,使用透明导电材料氧化铟锡(ITO)代替金属作为顶层表面谐振结构和底层铺地所用材料,透明柔性材料聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为介质层,可以在2.0～5.2GHz内达到85%以上的吸收率。试验测试吸收谱结果与仿真结果相符合。同时,HFSS软件仿真结果显示该吸波器对极化角度不敏感,且入射角度低于30°时,吸收率变化很小,在实际应用中有很好的灵活性。该透明柔性宽带微波吸波器精确覆盖了常用的WiFi频段,可有效减小移动电子设备等常见干扰源对飞机造成的电磁干扰。     

航空发动机排气系统雷达散射特性数值计算

为了获取航空发动机排气系统的雷达散射特性,以亚巡状态典型发动机排气系统物理模型为基础,采用高频计算方法 弹跳射线法计算了排气系统在6、10、15 GHz 3个典型频点下水平极化与垂直极化的雷达散射截面（RCS）分布规律,并通过计算10 GHz频点的热点成像确定了排气系统中的强散射源。结果表明：随着频率的提高,雷达波对目标细节的探测能力有所增强,排气 系统RCS曲线上的强散射峰值数量明显增加,且分布位置有所不同;随着俯仰角的增大,排气系统在水平探测面-30°~30°内的 RCS散射峰值的分布位置与强度均发生变化,与俯仰角0°时相比,RCS均值最大降幅可达94.1%;综合不同探测角度下的成像情 况,支板、加力内锥、火焰稳定器与喉道截面热点强度较大,是雷达波的强散射源,也是发动机雷达隐身需要关注的重点。     

先进战斗机对机载射频孔径系统隐身的需求及解决方案

 大量的研究结果已经表明：机载天线等传感器孔径的分布与形状特征,对飞机隐身效果具有举足轻重的影响,如果不能有效控制机载射频(RF)孔径系统的特征信号(包括雷达散射截面(RCS)和电磁辐射控制),则通过外形、结构和材料隐身而达到的整机高隐身水平就会受到破坏。迄今为止,天线散射特性的评估是尚未完全解决的问题,而减缩天线RCS的手段和方法也有待深入研究。总结了F/A-22和F-35等国外先进隐身战斗机机载射频孔径系统隐身设计特点,从飞机总体隐身方案设计角度提出了对机载射频孔径系统隐身的需求,并针对具体应用提出最小化天线孔径数量、减小天线孔径外形尺寸、减缩天线孔径特征信号、采用低截获概率（LPI）技术等概念性解决方案。     

超大尺寸共形吸波体雷达散射截面分析及验证

受结构复杂、超大尺寸、制作工艺等多种条件的限制,超大尺寸共形吸波体装机应用后的雷达散射截面研究开展较少,亟需从仿真及试验两个方面加强研究。本文从超大尺寸共形吸波体的双马来酰亚胺材质隐身翼面前缘制作工艺和基于仿真评估的结构设计出发,对共形吸波体的分层结构参数进行优化,对机翼前缘共形吸波体的装机雷达散射截面进行试验验证。结果表明：本文设计的超大尺寸共形吸波体垂直极化下在2~18GHz 取得-1.1~-22.4 dB 的雷达散射截面减缩效果,雷达散射截面的仿真评估误差可以控制在6.5 dB 以内,其中材料的电磁参数各向异性测试对仿真误差有决定性影响。     

隐身飞机机身侧棱电磁散射特点分析

隐身飞机机身侧棱是侧向重要散射源,研究其电磁散射特点具有重要意义。建立机身侧棱分析模型,采用多层快速多极子算法(MLFMM)进行计算,获得雷达散射截面(RCS)沿水平面方位角的分布数据;构建RCS峰值、波峰宽度、旁瓣均值三维度评价方法,基于该方法分析机身侧棱电磁散射的极化特性和频率特性;针对棱边长度、棱边尖劈角、棱边厚度三项关键几何参数,建立变参数模型并通过仿真研究RCS对几何参数的敏感性。结果表明:RCS峰值对棱边长度及棱边尖劈角比较敏感,波峰宽度对频率比较敏感,旁瓣均值对频率及棱边尖劈角比较敏感。     

腔体格栅的电磁屏蔽原理与方法

进气道格栅能够避免电磁波进入腔体形成强散射,同时可改善飞行器表面进气道唇口造成的不连续性,有效降低飞行器的电磁散射特性。基于快速多极子算法,以斜切矩形口直腔体为研究对象,利用波导模式传输理论阐述了格栅的电磁屏蔽原理,分析了格栅尺寸与雷达散射截面(RCS)的关系,以及极化角与格栅布局方向的关系。基于干涉相消原理,提出了横向和纵向尺寸非均匀格栅设计,与均匀格栅的RCS进行了对比。数值仿真结果表明：横向非均匀格栅的RCS缩减在前向±15°范围内超过8 dB,纵向非均匀格栅在±35°范围内具有明显的RCS缩减效果,部分角度RCS缩减超过20 dB。此外还提出了双层格栅设计来减小格栅间距和深度,数值仿真结果表明当双层格栅中单层格栅横向间距小于半波长条件时,双层格栅能获得与单层格栅几乎相同的电磁屏蔽效果。