飞行器RCS近场测试技术研究进展与工程应用

雷达散射截面(RCS)测试是隐身技术和目标特性研究的基础。无论是研究物体的电磁散射特性还是研制具有突防能力的隐身武器系统,RCS测试都具有非常重要的意义。通过RCS测试可以验证电磁散射计算的理论和方法,更重要的是,对部分飞行器目标进行电磁散射理论计算非常困难,而通过测试可以直观地获得目标的电磁散射特性数据,从而避开复杂的电磁仿真计算。与外场、紧缩场RCS测试方法相比,近年来得到广泛应用与发展的RCS近场测试方法在飞行器目标的散射特性测试方面具有效率高、成本低的优势。介绍了飞行器RCS测试评估方法,综述了国内外RCS近场测试技术研究的最新进展与工程应用实例,分析展望了飞行器RCS近场测试技术面临的机遇与挑战。     

低速风洞绳牵引并联支撑系统的模型气动试验研究(英文)

根据绳牵引并联机构的优点,建造了一种新型的用于低速风洞试验的飞机模型绳牵引并联支撑系统,研究该系统中模型的空气动力参数的测量与计算方法。文中对机构进行了静力学分析,建立了描述实验模型气动载荷的数学模型,提出了通过测量绳系拉力求得模型空气动力参数的解算方法;设计并构建了绳系拉力测量及数据采集系统;将该系统置于开口式回流低速风洞中进行了吹风试验,采集了模型在不同姿态和不同风速下的各牵引绳的拉力数据,并对数据进行了处理分析,通过解算得到了不同吹风条件下模型的气动载荷参数曲线。研究结果表明,绳牵引并联机构用于低速风洞试验的支撑系统是可行的。     

舰艇雷达散射截面的计算公式

通过引入雷达散射截面的概念,采用物理光学积分、几何建模等电磁散射方法,给出舰艇目标有效散射截面的精确计算模型;介绍了舰艇有效散射截面的经验估算公式并提出了修正方法;基于实际测量数据与理论计算结果的比较分析,对算法的可信度和工程应用价值给出了评价。     

球面收敛二元喷管电磁散射特性

采用迭代物理光学法和等效边缘电磁流法,对球面收敛二元喷管电磁散射特性进行研究.计算分析了该喷管电磁散射的构成及散射机理、散射场的空间分布特性、散射的频率特性,分别计算和对比分析了电磁波在俯仰平面和偏航平面入射时喷管在中间和最大两种状态下的电磁散射情况.研究表明该喷管在垂直极化下边缘绕射场对散射总场的贡献在大角度下体现.电磁波入射频率越高,该喷管后向散射越强烈,雷达散射截面分布对姿态角度越敏感.      

海上舰船目标的宽带雷达散射特征信号仿真

提出一种将目标高频电磁（EM）散射计算多径回波模型与不同海况条件下粗糙海面前向复反射系数模型相结合的方法,对海上舰船目标宽带雷达回波进行仿真和分析。简要分析了目标-海面相互作用的多径回波模型,给出了目标体的电磁散射计算方法,研究了不同海况条件下海面前向复反射系数随频率和擦地角的变化特性,并通过仿真分析了海面对舰船目标雷达回波的影响。对比分析舰船目标体直接散射及在不同海况条件下考虑多径效应时的雷达散射截面（RCS）变化特性,并在不同海况条件下对目标进行二维逆合成孔径雷达（ISAR）成像仿真,验证了本文方法的有效性。     

电磁环境研究

电磁环境是制定飞机和机载设备电磁兼容性要求的依据,本文阐述了确定电磁环境的方法,并对飞机飞行区域以及机内的电磁辐射环境进行了分析.出时还讨论了试验室内的电磁环境电平大小对电磁兼容性试验,天线方向图和雷达反向散射横截面积测试精度的影响。     

基于混合 MOM-PO的复合电磁散射问题分析

海面(或地面)环境中目标电磁散射特性,对实际战场环境下军用目标的雷达探测、雷达特性形成以及雷达目标识别等技术具有基础支撑作用。因此,快速准确地分析目标和粗糙面复合电磁散射特性具有重要理论意义和应用价值。文章采用基于矩量法(MOM)和物理光学法(PO)的混合方法MOM-PO分析了目标和粗糙面复合电磁散射问题。与传统的矩量法相比,该方法在保证精确度的前提下大大加快了计算速度。     

直升机翼面类部件雷达目标特性分析及评估

基于准静态原理,采用电磁高频法开展直升机翼面类部件的雷达目标特性分析及评估.首先,为获得翼面类部件对直升机散射特性的影响规律,并考虑旋翼高速旋转的动态效应,着重分析了装配不同翼面类部件后机身雷达散射截面（RCS）的变化趋势、强散射分布和回波信号的时频域谱特征,揭示了翼面类部件雷达散射影响机理;然后,在评估直升机强散射源分布特征和多元响应特性的基础上,比较装配不同翼面类部件后机身的雷达探测距离,提出并建立了方位、俯仰与滚转姿态下直升机的雷达4级预警机制和角域范围,并针对性的给出对抗雷达探测的方案.研究发现:装配平尾、短翼及平尾和短翼组合的直升机相比孤立机身的雷达暴露距离分别增加11.54%,14.88%和18.06%,综合隐身能力下降.      

直管斜切式方转圆进气道的电磁散射特性及抑制技术的实验研究

从进气道的雷达散射截面着手,通过实验研究了直管斜切式方转圆进气道在各种状态下的电磁散射特性,分析了终端、攻角对其电磁散射特性的影响,并进一步提出了该型进气道的雷达截面减缩措施,研究了吸波材料贴敷长度、贴敷位置以及消波器等对雷达截面减缩效果的影响。为有效改善该型进气道的电磁散射特性提供了技术依据。     

飞行器表面缝隙电磁散射特性研究

 在常规飞行器的各类电磁散射源中,缝隙属于弱散射源,但对于隐身飞行器,缝隙电磁散射不可忽略。为研究飞行器缝隙电磁散射特性,在不同极化下,将缝隙置于金属平板的对角线,削弱金属边缘电磁散射影响。通过系列雷达散射截面(RCS)测试分析,得到了缝隙电磁散射随缝隙宽度、（多缝隙）缝隙间距的变化规律,以及其极化特性。不同宽度单缝测试结果表明:对于水平极化,缝隙宽度小于波长的1/4时,缝隙的宽度增加将导致缝隙引起的表面波散射快速增长,反之,呈下降趋势;对于垂直极化,缝隙宽度较小时试件的电磁散射与无缝金属平板接近,当缝隙宽度大于波长的1/2时,宽度增加时,其散射增强。多缝隙测试结果表明缝隙间距会影响散射的空间分布、波峰位置,可以理解为对各单缝隙散射叠加效果的影响。垂直极化影响强于水平极化。     

锯齿台阶目标电磁散射特性研究

通过系列雷达散射截面(RCS)测试,研究分析了锯齿台阶电磁散射特性与其锯齿齿数、锯齿角度、相对于电磁波入射方向的俯仰角之间的变化关系,并将锯齿台阶散射结果与单直台阶进行比较,分析了各参数对锯齿台阶散射的影响。实验结果表明:对于相同齿数的锯齿台阶,当锯齿角度为适当钝角时,可得到较好的散射特性;对于同一锯齿台阶,随其相对于电磁波照射方向的俯角增大,在一定角度范围内其RCS呈下降趋势,散射特性得到改善。     

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。     

翼剖面介质构形的隐身缩比模型数值计算研究

 结构型吸波材料以全角度、多方位的有效性和不改变飞行器原有形状设计的特点,在隐身技术领域占有重要的技术地位,开展全尺度结构的隐身效能与其技术参数影响作用的研究需要较大的测试空间与经费支持,由此限制了试验技术在更大范围内的应用。结合试验技术与参数研究的应用需求,探讨缩比介质体电磁散射规律可提供于大型结构隐身技术的计算与试验应用研究参考。采用复杂介质体的二维电磁散射有限元数值计算方法,对介质体机翼剖面的缩比模型电磁散射规律进行了数值计算研究,发现若介质体阻抗比大于0.5,则缩比模型的雷达散射截面（RCS）试验结论不能按照导体修正原理还原,必须修正才能作为原构形介质体的电磁散射特性,这对于大型结构体小型化隐身技术测试具有实用价值与意义。     

复杂目标高频区 RCS 的实时计算

提出一种在安装图形加速卡的高性能微机上实时计算复杂目标高频区雷达散射截面（RCS）的方法。该方法利用了“图形电磁计算（GRECO）”的新技术。目标用G2Catmul-om（C-R）几何样条模拟,由图形加速卡硬件完成遮挡、消隐运算,运用Phong光照模型着色渲染目标可见表面,应用物理光学（PO）、等效电流法（MEC）、物理绕射理论（PTD）及阻抗边界条件（IBC）等方法计算目标高频区雷达散射截面（RCS）.     

直升机旋翼电磁特性模拟新技术

针对直升机电磁散射特性无源模拟的技术瓶颈，基于直升机桨叶的结构特点和雷达回波特性，提出一种基于小散射源阵列的新型旋翼散射特性增强技术，通过阵列合成公式和数值仿真分析了散射源阵列的雷达散射截面（RCS）的峰值大小、波峰数目、波峰位置、主瓣宽度等特性。同时，将该技术应用于国内某型无人直升机旋翼，设计了原理样机，并在微波暗室里对其电磁特性进行测试。测试结果与理论仿真结果吻合较好，验证了本方案的有效性和可行性，为试验模拟技术提供有力支持。     

风洞试验绳牵引并联支撑技术研究进展

新型飞行器的研制越发强调先进的飞行性能,这对风洞试验模型支撑技术提出了高的要求,为扩展风洞试验的能力,迫切需要研究新型的智能支撑技术。绳牵引并联支撑是基于机器人技术的一种新型机构,具有刚度较大,动态性能良好等优点,为风洞试验提供了一种新的手段。首先,全面论述了绳系支撑在风洞试验中的应用,并给出动态分析;进一步根据绳牵引并联支撑技术的特点,将其分为可实现受迫运动的冗余约束支撑,以及可实现受迫+自由运动的欠约束支撑;其次,重点阐述了冗余约束与欠约束两类支撑系统的若干关键技术问题及其研究进展;最后,指出绳牵引并联支撑技术的发展方向是具有可重构性和智能化。可为绳牵引并联支撑技术在风洞试验中的工程应用提供一定的理论指导与技术支持。     

基于绳系并联机器人支撑系统的SDM动导数试验可行性研究

详细给出了在低速风洞中,采用绳系并联机器人(WDPR)支撑模型,用强迫振荡法进行标准动态模型(SDM)动导数试验可行性的研究。试验中将杆式六分量应变天平内置入模型中以测量模型的气动力和气动力矩,建立了适用于绳系并联机器人支撑系统的模型运动控制子系统和数据采集子系统。采用绳拉力作为参考信号,对气动力矩信号与位姿信号进行数据的同步处理,解决了绳系并联机器人支撑系统应用于动导数试验时所测力矩信号与位姿信号之间的相位差确定问题,给出了WDPR支撑下模型动导数的计算方法。整个试验样机置于某开口式低速直流风洞中进行了俯仰、带偏航角的俯仰以及升沉的动导数试验,通过测量和计算得到各动导数。试验结果与参考文献相比较具有合理的一致性。研究结果表明,采用绳系并联机器人支撑模型进行动导数试验是可行的,至少对于SDM是这样的结果;使用一套绳系并联机器人支撑系统,可以完成多套硬式支撑系统才能完成的动导数试验,从而提高试验效率,降低试验成本。     

低速风洞飞行器模型编队飞行绳系并联支撑机构

设计了一种用于飞行器双机编队飞行的风洞试验模型绳系并联支撑机构，模拟在周边有障碍物的有限空间通道中的飞行运动。以直升机为例，根据工况参数设计了双绳牵引并联机构作为飞行器模型的支撑，建立了基于可移动的滑轮铰点与直升机模型编队协同飞行的运动学模型，对系统的静刚度进行了分析，并通过试验验证了旋翼转动对该绳系支撑系统动刚度的影响，给出了在有限空间通道中模拟双机编队飞行与着陆过程中绳与绳之间、绳与模型之间的干涉算法，并对该支撑机构的绳系结构进行了干涉分析。结果表明，所设计的支撑机构能有效解决模拟飞行器模型双机编队在有限空间中飞行运动时的支撑干涉问题，而且系统刚度达到低速风洞试验的稳定性要求，是低速风洞中支撑飞行器模型进行编队飞行试验的有效解决方案。     

螺钉/铆钉目标电磁散射特性的试验研究

通过系列化雷达散射截面（RCS）测试,研究了单列、多列螺钉/铆钉板在单站多方位、双站的散射特性,分析了不同极化方式、不同排列、不同方位角以及不同双站角对螺钉/铆钉散射的影响及关系。试验结果表明,圆头钉板水平极化明显强于垂直极化;沉头钉板水平极化仅略强于垂直极化。列距不同,由于相位叠加的不同,会导致叠加波峰的位置发生偏移,在设计时可平行间距布置,将散射方向集中。对双站散射,较小双站角时曲线与单站时有一定相似性,但波峰幅度和位置均发生较大变化;较大双站角时,电磁散射表现出耦合效应;双站角使测试曲线偏转,幅度为双站角的1/2;RCS均值随双站角增大而减小。     

一种低速风洞虚拟飞行试验装置的建模与仿真

为实现大角度范围、多自由度的机动动作模拟,研发一种低速风洞三自由度动态试验支撑机构,可模拟绕速度矢滚转机动动作以及失速偏离、尾旋等危险飞行状态。该机构通过两自由度转台和旋转曲杆的组合运动模拟飞机模型的三轴姿态变化。基于多体动力学理论,采用拉格朗日乘子法推导出该机构曲杆-飞机模型的动力学数学模型;模型中考虑了机构与试验模型的约束关系、机构摩擦力矩的影响。仿真结果表明:采用该支撑机构,飞机模型可在水平风洞中实现绕速度矢量滚转等典型机动动作;曲杆和试验模型的滚转运动基本同步;曲杆主要影响速率响应的动态过程,摩擦力矩对速率的动态过程和稳态值有一定影响。以上数学建模和仿真验证可为风洞试验提供理论依据。