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。     

多层介质涂覆腔体电磁散射特性的IBC/FEM分析

将Leontovich阻抗边界条件(IBC)与矢量有限元法(EB-FEM)相结合对内壁涂覆多层介质开口腔体的电磁散射特性进行分析。将IBC和腔体口面边界积分方程分别转化为第三类边界条件形式，从而导出边值问题的相应泛函。表面输入阻抗通过广义反射系数得到，计入了介质内部电磁波的多次反射，提高了IBC／FEM混合法的精度。数值结果表明这种IBC／FEM方法在分析涂覆多层介质开口腔体电磁散射问题中的便捷性与精确性。     

多胞局域共振型超材料的减振实验研究

弹性波/声波超材料具有许多超常力学性质,为航空、航天和船舶等领域的装备减振降噪提供了新途径。本文介绍多胞局域共振型超材料的减振实验研究。该研究基于局域共振元胞的频散分析、波动传递率分析和周期结构的振动响应计算,讨论了超材料在带隙频率区内外的波动传播。设计制造了具有低频带隙的轻质周期性局域共振超材料构型,并用于空间桁架结构的振动抑制实验。实验结果表明,在15~45 Hz的带隙频率区间,多胞超材料减振装置可使振动传递率降低30 dB以上,展现出良好的减振效果。     

一种快速计算电磁各向异性介质目标RCS的新方法

从电磁理论中的体等效原理出发,推导了任意电磁各向异性介质目标电磁散射的体积分方程。在此基础上,由SWG基函数和伽略金法建立其矩阵方程。在迭代求解过程中,应用了快速计算阻抗元素的等效偶极子法和加速矩阵向量积的快速偶极子法两种快速算法,有效地降低了传统矩量法计算电磁各向异性介质目标RCS的时间。同时,在快速偶极子法中,远场组间互阻抗元素无需显式计算,并且形式简单的聚集、转移和发散函数可现用现算,从而大量节省了计算机内存。数值仿真结果表明:本文使用的方法在分析电磁各向异性介质目标的电磁散射特性中是非常有效的,不仅有高的计算效率和低的内存需求,而且有良好的数值精度。     

等离子体覆盖目标散射特性的RKETD-FDTD分析

采用一种既保证计算的高效率,又有较高的计算精度的龙格库塔指数时程差分时域有限差分法(RKETD-FDTD)研究了等离子体的散射特性.该算法解决了电磁波在色散介质中传播的计算问题,导出了在等离子体介质中RKETD-FDTD迭代公式.文中分别计算了等离子体平板的反射系数和非均匀等离子体覆盖导体柱的散射特性,所得结果与解析结果相符合,并且表明等离子体涂层选择合适的碰撞频率,能有效地减小目标的雷达散射截面(RCS).     

手征媒质的手征参量ξc对反射特性的影响

利用传输线理论 ,分析金属衬底的单层手征介质与自由空间的分界面上电磁波垂直入射时 ,ξc数值的变化对媒质反射特性的影响。计算结果及部分实验结果表明 :在媒质中掺杂手征微结构的浓度增加 ,等效于ξc 的实部与虚部同时变化。分别改变ξc的实部与虚部 ,结果发现 ,手征参数ξc的虚部调整在最佳值时 ,会在某一频率点上取得最小反射率 ;而随着ξc的实部增加 ,最小反射频率减小。由此得出结论 ,在设计手征吸波媒质时 ,可以通过优化设计 ξc的实部、虚部的值 ,来实现在某一波段上较佳的吸波特性。     

多层频率选择表面的分析

本文科用矩量法和广义散射矩阵理论分析了平面波入射到多层频率选择表面的电磁散射特性。首先引入广义波导的概念,将单层频率选择表面(FSS)上每个单元看成两个广义波导的接头,广义波导中的本征模是周期性结构中的Floquet模,然后根据等效原理和边界面上切向场量的连续性条件得到了一个关于广义波导中模式系数的方程,用矩量法求解可得波导接头的广义散射参量。最后运用广义散射矩阵理论计算了多层FSS总的散射参量。作为示例,文中对由矩形与圆形孔阵所组成的单层FSS和双层矩形孔阵FSS的散射特性作了计算,数值结果与已有文献中给出的数据极为一致。     

手征媒质的手征参量ζc对反射特性的影响

利用传输线理论,分析金属衬底的单层手征介质与自由空间的分界面上电磁波垂直入射时,ζｃ数值的变化对媒质反射特性的影响。计算结果及部分实验结果表明：在媒质中掺杂手征微结构的浓度增加,等效于ζｃ实部与虚部同时变化。分别改变ζｃ的实部与虚部,结果发现,手征参数ζｃ的虚部调整在最佳值时,会在某一频率点上取得最小反射率;而随着ζｃ的实部增加,最小反射频率减小。由此得出结论,在设计手征吸波媒质时,可以通过优化设     

金属螺旋的旋波特性研究

采用细线近似对金属螺旋线的电磁散射作距量法数值研究，对于具有镜象对称特性的右旋和左旋金属螺旋，计算了不同尺寸，不同电磁波投射方向下的感应电流和散射场幅值，计算结果表明，由它们产生的感应散射场同样具有镜象对称性，计算得到的前向和背向散射场显示不同旋向的螺旋对散射场的极化产生相反的旋转。     

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.     

基于CFD方法的主动襟翼控制旋翼翼型涡特性研究

基于计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术,建立了一个适用于旋翼二维主动襟翼控制(Active flap control,AFC)数值模拟的方法。在满足对翼型参数化分析的前提下,使用Euler方程求解以提高计算速度,并采用嵌套网格方法对AFC旋翼后缘襟翼进行运动控制。应用所建立的方法,首先进行了算例验证计算,然后着重对AFC旋翼翼型进行了数值模拟。在此基础上,进一步开展了AFC旋翼翼型主要参数对后缘涡影响的计算分析。结果表明:提高桨尖马赫数、增加后缘小翼摆动频率能加快涡产生速度;而提高桨尖马赫数、增大后缘小翼摆动幅度和后缘小翼长度能增大涡的强度;但增大后缘小翼与主桨叶缝隙间距仅在一定范围内能够增加涡强度。     

切向结构永磁同步电机辅助磁极的优化

为了减少切向结构永磁同步电机转轴侧永磁体的漏磁，提高气隙磁密，在切向结构永磁同步电机中合理引入辅助永磁体。辅助永磁体相对于切向永磁体的位置有3种．其中以模型b，c较为合理，永磁材料用量适中，对气隙磁通的贡献大。随着辅助磁极永磁体厚度的增加，气隙磁密增加，当永磁体厚度增加到一定值时气隙磁密开始减小（模型b）或几乎恒定（模型c），即辅助永磁体存在一个合理的厚度，该厚度与电机的极对数有关。     

切向结构永磁同步电机中磁钢厚度对性能的影响

提出了切向结构永磁同步电机中磁钢厚度的约束条件;依据电机学理论并结合有限元计算方法,研究了气隙长度恒定时不同极对数下气隙磁密、每极磁通与磁钢厚度的关系,探讨了磁钢厚度对电机的过载能力、铁耗等性能的影响;在气隙长度发生变化时,为了保证漏磁大小不变,讨论了气隙与非导磁衬套厚度、磁钢厚度的关系。并指出:(1)气隙恒定时,随着磁钢厚度的增加,不同极对数时磁钢体积增大所提供的磁势对每极磁通的影响有所不同;铁耗和过载能力随磁钢厚度的增加而增大。(2)气隙增大时,为了保证气隙磁密和漏磁不变,必须增加非导磁衬套的厚度。(3)极对数增加时,减小磁钢厚度能提高电机的性价比。     

单晶硅高速走丝电火花线切割试验研究

研究了基于复合工作液的高速走丝电火花线切割(W EDM-HS)对单晶硅切割的形貌特征及工艺规律。试验表明W EDM-HS对低电阻率单晶硅切割具有效率高、切缝窄、厚度薄且无明显表面微裂纹等特性,在硅表面放电凹坑内由于高温电解作用会形成密集、壁面光滑且高深径比的微孔洞结构。该工艺将在宏观方面为单晶硅大尺寸超薄高效切割,在微观方面为在单晶硅上加工出具有高深径比微孔洞结构提供研究思路。     

一种新的仿真组件模型及其实现

为了提高仿真组件的重用性、兼容性,给仿真应用提供通用的开发模型,使仿真系统独立于仿真中间件,提出了一个新的自包含仿真组件模型,该模型由服务端口、适配器和调度引擎构成。而模型的描述采用静态结构和动态行为元元模型。开发时首先采用面向组件的建模工具描述系统的静态结构和动态行为,根据静态结构自动生成应用代码和适配器。其中适配器是联系仿真组件和仿真中间件的纽带,使它们彼此独立。运行时调度引擎将仿真组件装配到应用框架中并根据动态行为模型调度组件运行。实践表明该模型是一个适用于不同仿真中间件的标准模型,可以提高仿真模型的协同能力和重用性。     

用户自主完好性监测新算法

基于测量域提出了新的导航系统完好性度量算法。充分考虑所需导航性能参数和不确定的噪声的因素,运用概率优化方法进行故障监测。选择适当的性能参数,与漏检率具有一一映射关系,估算故障概率,并对此进行了讨论。在该算法中,利用残差灵敏度矩阵的各个特点提高识别有误差观测数据的效率。该算法可用于完好性监测的性能要求规定,计算高效。非精密进近的仿真结果证明了该算法的有效性。     

鸟撞飞机风档非线性数值分析

采用非线性有限元法,基于ABAQUS/Explicit软件平台及内嵌的材料用户定义子程序(VUMAT),建立了鸟撞飞机风挡的力学分析模型.比较了有限元模型中玻璃骨架、弧框和橡胶垫片对风挡动响应分析结果的影响,并与全尺寸风挡鸟撞试验数据进行了对比.对比结果表明,考虑了玻璃骨架、弧框和橡胶垫片的有限元模型所计算得到的位移、应变曲线与试验实测曲线的一致性有了改善.最后,探讨了玻璃骨架、橡胶垫片的厚度和弹性模量对风挡抗鸟撞能力的影响规律,为风挡的抗鸟撞设计及改型提供参考.     

几种载体表面缝隙对雷达目标特性的影响

对在几种载体(平板和杏仁体)上的不同缝隙所引起的目标散射特性影响进行了研究。首先分析了不同载体目标的雷达散射截面特性;以此为对比基准,对含不同类型缝隙的载体目标开展散射特性计算和系列试验测试,从中获得由缝隙所引起的目标特性变化情况,进而分析缝隙对雷达目标特性的影响。结果显示,直槽会引起比直缝更强的散射增幅,锯齿缝相对直缝则具有明显的减缩作用;杏仁体载体能更有效地模拟弯曲表面上的缝隙散射。结果可为飞行器雷达隐身设计提供依据。     

应用于微型飞行器阵列天线的自适应波束形成器

微型飞行器的天线采用灵巧的自适应阵列天线。由于自适应阵列天线的幅相误差会引起线性约束自适应波束形成器的期望信号相消,本文根据微型飞行器自适应天线系统的设计,基于广义旁瓣对消器(G SC)结构,在频域中将阻塞矩阵赋予自适应功能,进而得到了一种改进的,可行的,稳健的自适应波束形成器。仿真试验表明,此方法对天线阵列幅相误差具有稳健性,降低了运算量,可以应用于微型飞行器二维自适应阵列天线,实现实时的波束形成。     

纳米ZnO/PEG/PET复合材料的原位聚合制备及其性能

通过原位聚合制备了纳米氧化锌颗粒增强不同添加量和分子量的聚乙二醇（PEG）与聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）共聚物的复合材料。研究了纳米粒子在基体里的分散,以及纳米粒子和PEG对复合材料结晶行为的影响。结果显示,纳米粒子在基体中以纳米尺度分散起晶核作用。PEG的加入使得纳米粒子分散更加均匀,PEG分子链段改善了PET分子链的柔性,由此导致复合材料的冷结晶温度降低,结晶速率提高。研究发现,当添加10％分子量为4000的PEG时,复合材料的结晶速率快速提高。复合材料的力学性能结果说明,纳米粒子对PET基体有增强增韧作用,但PEG会弱化该作用。