基于矩量法的机身截面电磁散射特性分析

机身截面隐身设计是飞行器外形隐身设计的一个重要的方面。设计＂凹曲面＂、＂凸曲面＂和＂平板曲面＂三种典型的隐身飞机机身截面轮廓,采用矩量法（MoM）计算三种轮廓的雷达散射截面（RCS）,并对表面电流密度分布进行研究。分析RCS随方位角的变化特性,比较各截面的隐身性能。分析结果表明：凹曲面和凸曲面机身可以有效降低侧向RCS,其中凸曲面的隐身效能更佳;平板曲面机身除正下方一个很窄的波峰外,侧向和下方RCS都很小,在对抗仰视雷达时具有很好的隐身性能。     

装载约束下飞翼布局气动与隐身综合设计

基于飞翼布局大鼓包式机身,在装载布置约束下开展了气动与隐身综合设计,提出了一种机身低鼓包和双鼓包模型。结合可靠的CFD和隐身计算方法,初步探索了低鼓包和双鼓包气动与隐身特性及机理。结果表明:双鼓包模型极大地降低了全机纵向基本气动性能,但在大迎角时会推迟外翼段前缘分离,对外翼气动特性有一定改善;低鼓包与双鼓包模型整体上RCS差异较小,但双鼓包模型侧向隐身性能更优异。     

通用直升机隐身气动外形综合设计

对某型通用直升机进行隐身气动外形综合设计并对其参数化建模,通过数值模拟分析其隐身气动特性。电磁方面,采用物理光学法结合等效电磁流法进行RCS(Radar Cross Section)计算;气动方面,采用有限体积法求解Navier-Stokes方程计算直升机机身前飞状态下(不考虑旋翼气动干扰)的气动特性,结合工程经验公式估算旋翼对机身的气动干扰。结果表明:综合设计后,直升机雷达散射水平相对较低,机身前飞阻力得到较大的改善,但旋翼对机身的干扰作用有所增加;机身侧面(和垂尾)的倾角增大对直升机隐身特性有利,但对气动性能带来不利影响;选择合适的倾角可以使直升机在付出相对较小的气动代价前提下,降低雷达散射水平。     

高超声速滑翔飞行器锐边化气动隐身一体化设计

隐身性能是影响高超声速武器作战效能的关键指标之一，为提高高超声速滑翔飞行器的生存及突防能力，以HTV-2飞行器为初始外形，引入锐边化设计思想，提出一种兼具良好隐身性能的气动外形。首先采用CFD数值模拟和高频近似算法，对初始外形气动特性及隐身特性进行评估。接着通过截取重要截面轮廓线，在轮廓线上均匀选取控制点。最终将离散点重构成三维外形，设计了一种锐边化飞行器外形。在此基础上计算评估了锐边化外形的升阻特性及雷达散射截面（RCS）。与原外形对比可知锐边化外形气动性能变化较小，气动力系数变化量不超过7%；同时在主要威胁区域（即俯仰角±30°、偏航角±60°角域）内飞行器的RCS均值显著降低，平均降幅超20%。此外为消除边缘绕射的影响，通过倒圆角的方式对锐边化外形的棱边进行了圆润化处理，实现了主要威胁区域内RCS均值的进一步减缩，平均降幅超过60%。此外进一步研究了在不同位置倒圆角及圆角半径对飞行器隐身特性的影响。结果表明在尾部截面倒圆角能较大程度改善飞行器的隐身特性，圆角半径与飞行器特征长度之比为1.35%时较佳。     

基于代理模型的机载吊舱气动与隐身一体化设计方法

考虑雷达隐身要求的机载吊舱初步设计时,存在载机-吊舱组合体RCS计算复杂度高的问题。为此,本文构造了用于计算RCS的代理模型,并基于此代理模型以吊舱横截面积、吊舱对载机的气动特性影响量和飞机与吊舱组合的RCS为优化目标,用评价函数法构造吊舱外形设计的多目标优化模型,并用复合形法求解该模型的设计参数。按该参数设计的吊舱外形能使载机在挂载吊舱后气动阻力系数与RCS增量均保持较低的水平,同时可保持吊舱较大的装载截面。研究结果表明,本方法在吊舱的初步设计阶段对设计参数的选取具有较好的指导意义。     

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。     

低RCS飞行器外形设计实践

 在鸭式布局的基础上 ,对飞行器各部件及部件间的连接方式进行了外形隐身设计。对初步形成的鸭翼 -翼身融合体改变机身头部形状和立尾配置等进行 RCS优化。给出了飞行器各种状态下的 RCS平均值和迎头± 45°区内的 RCS值。测试结果表明 ,尖头机身、 30°双立尾 (立尾与垂直平面成± 30°角 )的鸭翼 -翼身融合体的 RCS值最小。对 RCS优化后的外形 ,风洞测力试验表明其气动性能也较好 (最大升阻比达到 8,失速迎角超过 2 6°)     

低阻高隐身前缘布局特性研究

在高隐身布局设计研究中,为追求隐身特性,往往会损失部分气动效率。为更好地兼顾隐身特性和气动特性,通过对融合式布局的前缘进行修型,提出一种低阻高隐身前缘布局。对三种不同机身布局进行雷达散射特性和气动特性建模计算,得出修型后布局雷达散射截面降低,且波峰波瓣很窄,同时在气动上提高了升阻比,减小了配平损失,从而较大地提高了气动效率。     

军用直升机雷达隐身设计与试验研究

采用高频方法计算分析了某战术通用直升机的雷达散射特性、重要散射源以及频率特性。对直升机机头、进气口、机身侧面、旋翼桨毂、垂直尾翼、尾桨桨毂及减速器舱、尾喷管、起落架等采取了外形隐身设计措施。对隐身直升机缩比模型的RCS测试与计算结果表明,在保证流线型机身和装载容积的条件下,隐身直升机相对于原型外形变化较小,雷达散射水平在头向和侧向分别降低至原型的约10％和1％,达到了比较好的隐身状态,为军用直升机隐身设计提供了重要的参考。     

飞翼布局无人机气动/隐身综合性能分析

为了分析飞翼布局无人机气动/隐身综合性能,将KD树结构的基本思想与射线跟踪法结合,计算了X-45C,X-47A,X-47B三种飞翼式无人机RCS;将CFD技术与逆向蒙特卡洛方法相结合,计算了无人机蒙皮红外辐射强度;基于灰色系统理论,运用灰关联度模型建立了无人机雷达隐身-红外隐身-气动性能综合性能评判方法。结果表明:X-45C气动/隐身总体性能最好;X-47B由于外翼段的存在,保证其低速状态下的高升阻比特性以及较优的气动特性;低马赫数大迎角飞行时,X-47B的气动性能是最好的。     

隐身外形飞行器用埋入式进气道的设计与风洞实验研究

本文为隐身外形飞行器用埋入式进气道发展了一套设计方法。该方法的理论基础是埋入式进气道进气机理和气动S弯概念,其关键技术包含通道中心线设计、横截面面积变化规律设计以及横截面形状设计等,各技术可以方便地用数学方法加以描述,整个方法易于编程实现。并结合一种隐身外形无人机提出了埋入式进气道方案,通过实验得到了此类隐身外形飞行器用埋入式进气道的气动特性。结果表明,所提出的埋入式进气道方案可行,所设计的模型进气道性能良好,所发展的设计方法合理。同时验证了埋入式进气道进气机理的正确性,也表明隐身外形飞行器与埋入式进气道的组合方案具有十分光明的应用前景。     

直升机机身外形对气动特性的影响

基于FLUENT流体力学软件,进行了直升机机身流场的数值模拟和分析。描述了网格生成方法,给出了计算迭代步骤和流程图。针对ROBIN机身绕流场进行了计算,并与可得到的实验结果进行了对比,验证了计算结果的可靠性。在此基础上,以NUAA模型机身为算例,改变机身尾部、截面和头部形状对其流场进行了对比计算,给出了表面压强系数分布、机身阻力等计算结果,讨论了直升机机身外形参数对气动特性的影响,得出了一些有意义的结论。     

不同轴长比椭球体的绕流计算与分离形态分析

用拟压缩性方法求解不可压Ｎ－Ｓ方程,对４∶１旋成体椭球和其他轴长比椭球的层流绕流进行数值模拟。分别用二阶中心差分格式和三阶迎风紧致差分格式来逼近无粘项。从计算所得的表面摩擦应力线、空间流线和横截面流场特性,分析了１０°≤α≤７０°迎角范围内的分离和脱体涡系形态,算出了相应的气动特性。计算结果表明,三阶迎风紧致差分比二阶中心差分可更好地模拟分离涡结构。迎角直到４０°时,算出的流态仍然对称,而迎角为７０°时,算出的流态为非对称非定常,与实验流态基本相符。椭球体横截面形状越扁平,开式分离就越提前产生。椭球体横截面形状横向越窄,分离区就越小。由于改变椭球体横截面形状具有改变分离和脱体涡系的效果,本文的研究结果有助于改善三维物体的气动力特性,为改进机体设计提供理论依据     

绕升力机身跨音速流动的有限元素法数值分析

 <正> 本文应用全速位方程最小压强积分的有限元素法解绕升力机身的跨音速流动。机身头部可以是尖的或带有进气道的。用头部伸出无穷长圆柱来模拟头部进气。尖头机身在元素形状处理上具有一定的复杂性,从数值实验角度考虑我们分别按尖头和头部伸出无穷长细圆柱来近似尖头头部两种方法对尖头机身进行计算。采用人工密度法捕获激波,但由于绕机身流线形状比较复杂,直接采用机翼问题中的人工粘性公式,解往往不收敛。我们推导出一种较精确的,适用于复杂流动情况的人工粘性计算公式,为了加速收敛,应用网格逐次加密技术,可使收敛速度提高2～3倍。本文还给出绕升力机身跨音速流动的远场速位解析式。     

腹部油箱对飞机雷达隐身特性的影响

采用物理光学(PO)与一致绕射理论(UTD)混合方法,分别计算了某战斗机不携带副油箱以及腹部携带外挂副油箱、保形油箱时的雷达散射截面积(RCS)。根据计算结果,讨论了腹部油箱对飞机雷达隐身特性的影响。研究表明,在飞机下方及侧方RCS较小的方位,外挂副油箱对飞机RCS的贡献较为明显,而保形油箱对飞机RCS的贡献始终很小。     

复杂全机带多个外挂物气动力数值计算

把镜像理论用于计算机翼与机身，机翼与外挂物的气动干扰，并开发了复杂全机带多个挂物的面元生成程序。     

一种双斜切双压缩面进气道地面流态的数值模拟研究

 采用基于 MUSCL插值的 Roe格式三维 N-S方程数值求解程序对地面状态下双斜切双压缩面进气道内外流场进行了数值分析,得到了其流动图谱,分析了其流场特征。计算中考虑了机身和边条翼的影响,计算结果表明 :1在进气道进口段外壁和下壁内交角处出现了较大的贴角分离包,分离导致了进气道出口较大总压畸变的产生。 2进气道横截面二次流动在进口段表现为一反向旋转的对涡,对涡中顺时针的旋涡较强,控制了进气道的外上角,逆时针的较弱,控制了进气道的内下角;在出口截面表现为较强的顺时针旋向的整体旋流。 3由于顺时针旋流的影响,进气道横截面上的总压高压区位置由进口段的内上角顺时针旋转到了出口截面的外上部,而由分离引起的总压低压区则由进口段的外下角顺时针旋转到了出口的内下部。将计算结果与实验结果进行了比较,验证了所采用的数值模拟方法的可靠性。     

金属加筋壁板蒙皮有效宽度分析方法

民用飞机机身、机翼的壁板、气密框以及翼梁结构为典型的壁板加筋结构,在承受压缩载荷时需考虑成由蒙皮与筋条组成的复合剖面共同承载,其通常为中长柱,工程分析时常取30倍的蒙皮厚度作为蒙皮有效宽度。取30倍的蒙皮厚度作为蒙皮有效宽度存在着一定的保守性,介绍了Von Karman迭代分析方法、有限元分析方法及常用的工程分析方法。在加筋壁板结构的轴压承载能力计算中,蒙皮有效宽度的确定是较为关键的设计因素,对飞机机身、机翼结构效率的提高和重量控制至关重要。随着加工能力的提升,虽然部分壁板结构由组合式逐渐过渡到了整体机加形式,但所述方法仍有一定的借鉴意义,对目前国内外常用的金属加筋壁板有效宽度的工程分析方法进行了研究,并结合有限元分析对工程分析方法进行了验证。     

超声速翼身组合体激波阻力优化的EFCE算法

 超声速飞行器的横截面积分布对其激波阻力的影响十分显著,合理的机翼和机身横截面积分布可以显著降低其激波阻力。使用类别形状函数变换(CST)方法对机身进行基于横截面积分解的CST参数化外形表示,在此基础上提出了扩展的远场组元(EFCE)超声速翼身组合体激波阻力优化算法,并使用该方法对超声速客机翼身组合体进行外形优化,使其激波阻力系数降低了39%。研究结果表明:由于只进行一个方向上的面积分解,机身CST参数化所使用的参数数量和相应优化过程的计算量比机翼大幅降低;经过EFCE激波阻力优化的机身具有较为明显的面积率修形"蜂腰"特征。