翼面隐身结构优化设计

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的结构.本文首先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,应用基于代理模型的优化策略,对其进行电磁散射特性优化设计.研究结果表明,经过优化设计后,在方位和频域上能显著降低翼面隐身结构RCS.基于代理模型的优化策略是一种有效的隐身结构低RCS优化策略.     

开槽钝锥体及等离子体鞘套的RCS特性研究

采用时域有限差分(FDTD)方法研究了等离子体鞘套包覆目标的电磁散射特性,发展了超高速飞行器及其等离子体鞘套RCS特性并行计算软件.采用发展的软件完成了超高速开槽钝锥后向远区时域特性和0°入射角附近的电磁散射截面积(RCS)的计算分析,并在中国空气动力研究与发展中心的气动物理靶上进行了超高速开槽钝锥体的RCS验证试验.研究表明:在钝锥体表面开环槽并填充透波性能良好的介质材料相当于在钝锥体表面人为地增加了一个散射中心;在低频区和谐振区,开槽后钝锥体的RCS在原值周围变化,而在高频区,钝锥体的RCS在0°入射角附近很宽的范围内均显著增大.     

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。     

含腔复杂军事目标RCS综合计算方法

根据飞行器等含腔复杂军事目标 RCS计算的需要,改进了射线跟踪法,并针对不同高频算法的特点,将像素法、射线跟踪法和边缘等效电磁流法结合运用,不同类别散射中心采用不同的方法计算,然后将复数量叠加得出目标的RCS,并充分考虑算法的协调.结合算例对方法进行验证,并将结果与矩量法等精确算法计算得到的结果进行了对比验证;运用本文方法对美国暗星无人机RCS进行了计算和分析.     

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。     

高超声速圆锥边界层不稳定性及转捩实验研究

在马赫数为6的条件下,利用红外热成像和高频脉动压力传感器（PCB）对前缘半径2 mm、半锥角7°的圆锥模型进行了边界层稳定性及转捩实验研究。实验结果表明,在常规高超声速风洞流场中圆锥三维边界层存在定常横流涡、低频和高频不稳定波;有迎角条件下,低频（15～50 kHz）和高频（210～340 kHz）不稳定波同时存在,圆锥边界层更容易发生转捩。随着迎角的增加,定常横流涡“条带”结构更加清晰,模型尾段的转捩阵面向迎风面移动,低频和高频不稳定波振幅增大、频带范围变宽;同一迎角下,增大单位雷诺数,低频、高频不稳定波和定常横流涡更早地出现并增长至饱和,且伴随着不稳定波的振幅增大和频带变宽,其中低频不稳定波比高频不稳定波更早出现。     

基于CEM方法的直升机RCS计算及参数分析

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方法(Computational electromagnetics method,CEM),并开展了结构参数对雷达散射截面(Radar cross section,RCS)特性影响的研究。以微分形式的Maxwell方程作为电磁特性求解的控制方程,电磁计算网格采用Yee元胞的技术生成,对控制方程进行时间和空间的中心差分格式离散。应用完全匹配层(Perfect matching layer,PML)技术作为吸收边界条件,并与基于等效原理的近远场外推法相结合,建立了直升机RCS的高精度数值方法。分别采用二维无限长导体圆柱和三维金属立方体作为验证算例,结果表明CEM方法比高频方法具有明显的高精度特点。在此基础上,研究翼型厚度、弯度、桨叶片数对旋翼雷达散射特征的影响机理和变化规律,同时计算机身不同结构布局参数下的RCS特性,分析短翼和平尾对机身强散射特征的影响规律。研究表明:桨尖是旋翼的重要散射源之一,采用薄翼型桨叶能有效改善旋翼的雷达散射性能,短翼和平尾会在不同角域内增加机身的雷达散射截面,在直升机隐身设计中需要重点考虑。     

开式流动腔体的流动机理与控制

本文利用数值模拟和风洞实验相结合的方法,研究了开式流动腔体的流动机理及设置圆柱控制杆后,腔体内声压级(SPL)的变化.数值模拟求解三维N-S方程,采用AUSM+计算格式和k-ω-SST湍流模型.实验在0.6m×0.6m超声速风洞进行,在腔体底部布置了40个静压测量点和15个动态测压点.结果表明,在外流为超声速流时,开式流动的腔体底部压力变化梯度不大,腔体内声压级和频率关系曲线中存在6个SPL的峰值,腔体后部的SPL值高于前部;实施圆杆控制,腔体底部的压力梯度与无控制状态变化不大,但SPL的峰值得到抑制,平均SPL值减小.     

超宽带射频仿真系统中的低RCS三轴转台设计

提出了在超宽带射频仿真系统中三轴转台的低RCS设计方法.该方法采用转台机械结构设计、低RCS外形优化分析与测试测量相结合的方式.首先基于低RCS要求及三轴转台的结构特性,对其进行外形优化.通过计算三轴转台的表面感应电流分布,分析三轴转台的强散射区域,并选取相应吸波材料及涂敷方法对三轴转台进行处理.实际测量表明,涂敷吸波材料后三轴转台散射回波幅度显著减小,分布均匀,达到了预设的效果.     

低雷达散射截面机身的气动特性研究

本文通过对三个具有低雷达散射截面(RCS)隐身特性的“板块”多边形截面机身模型及通常的圆截面机身模型进行的低速气动特性的研究,包括迎角直到50°的低速风洞测力试验、水洞流谱试验及初步的工程估算结果与实验结果的比较,发现多边形截面机身不但具有良好的隐身特性,而且其气动特性也并不比圆截面机身差,其升力特性及最大升阻比大大优于圆截面机身;同时,在大迎角零侧滑条件下,能产生稳定的侧力,其值大于圆截面机身的侧力,发生迎角小于圆截面机身的发生迎角。多边形截面机身的气动力计算方法目前尚不成熟。本文建议在小展弦比机翼的计算方法基础上,按相应截面的外形特征给出修正方法,其计算结果接近实验结果。