机翼前缘后掠角对飞机RCS影响的数值模拟

为了在飞机总体设计时改善其隐身性能,对机翼前缘后掠角参数化可调的飞机三维数字样机的RCS特性进行了研究。使用CATIA软件,建立机翼前缘后掠角参数化可调的飞机三维数字样机;基于物理光学法和等效电磁流法,采用RCSAnsys软件,使用X波段雷达对飞机进行探测,雷达入射波的俯仰角在-15＆#176;、0＆#176;和15＆#176;条件下,数值模拟机翼前缘后掠角在-30＆#176;~＋60＆#176;之间变化时飞机的RCS特性,并对数值模拟结果进行数理统计分析。在机翼前缘后掠角变化的条件下,飞机RCS特性数值模拟结果表明：飞机头向RCS峰值之一的方位角与机翼前缘后掠角的角度相等;飞机头向RCS算术平均值特性为直机翼大、前掠翼和后掠翼小、大后掠翼更小;飞机侧向和尾向的RCS算术平均值变化相对不大。     

鸭翼电磁散射特性分析与RCS减缩方法研究

利用多层快速多极子方法计算鸭翼模型雷达散射截面(RCS),分析了鸭翼前缘后掠角和展长对鸭翼RCS值的影响,并根据计算结果拟合了随前缘后掠角和展长变化的鸭翼RCS曲线。建立飞机模型,计算了鸭翼不同偏转角时飞机的RCS值,研究鸭翼偏转对飞机头向RCS的影响。计算结果表明,鸭翼偏转会显著增大飞机头向RCS,影响飞机隐身性能。根据计算结果分析推导出鸭翼纵向操纵力矩、飞机头向RCS和鸭翼几何参数之间的函数关系,为鸭翼的隐身和气动优化设计提供了技术基础。对鸭翼上使用吸波材料的情况进行计算,结果验证了在鸭翼上涂敷吸波材料能够大幅降低飞机头向RCS。     

侧滑对后掠翼飞机俯仰操纵影响的探讨

运用基础理论，对后掠翼飞机出现侧滑时的地仰状态变化进行分析。文中推导了后掠翼飞机的后掠角在有侧滑时对升力的影响，以及下洗角大小和分布的变化在水平尾翼处引起的俯仰力矩变化。通过时几种飞机的计算和分析比较，说明了后掠角在侧滑中具有提供上仰力矩的作用，从而在理论上解决了大后掠角飞机（如Ｊ—６飞机）出现侧滑时的急剧上仰现象和操纵措施问题，为在飞行中出现偏差进行修正提供了理论依据。对提高飞行员的驾驶技术和保证飞行安全有着积极的作用。     

动态复杂流动显示

本文给出不同后掠角的三角翼模型在低速风洞中大幅度俯仰运动时和带鸭翼飞机模型主翼面上的动态流显示；分析了动态流动迟滞特性的流动机理及缩减频率的影响和鸭翼涡对主翼涡的干扰影响及随鸭翼振动时主翼涡位置、强度、涡破散点位置的变化。     

基于质心稳定的仿生变后掠翼最优变形规律研究

鸟类飞行中翅膀手翼和肘翼段的协同变形模式,为解决大展弦比无人机变形过程中质心和焦点的复杂偏移问题提供了有效途径。基于MQ-9无人机的反设计及变形机翼改型设计结果,建立了4个内、外段不同展长比例的机翼模型。基于结构设计结果,确定了质心稳定情况下内、外段后掠角协同变化规律及变形过程中纵向静稳定度的变化情况。基于CFD技术,对翼身组合体进行气动力计算,构建代理模型并结合遗传算法对计算结果进行全局寻优,探究仿生变后掠翼无人机的最优飞行状态及变形规律,选定最优仿生变后掠翼模型。分析结果表明:中、低亚声速范围内,仿生机翼的最优后掠角随马赫数变化曲线的波动程度大于传统单段式机翼;内、外段机翼展长比例对气动特性及最优变形规律影响较大,选则合适的比例可以有效减小最优机翼后掠角及对应的迎角变化曲线的波动程度。     

基于CFD的最优变后掠规律研究

为了探寻变后掠翼飞行器最佳后掠角的变化规律,基于计算流体力学计算技术,对变后掠翼身组合体进行了气动计算,结合遗传算法对计算结果进行全局寻优,探索最优变后掠规律.首先基于变后掠飞行器设计的要求与方法,建立了“旋转式”变后掠翼身组合体三维模型;其次通过在宽广速域绕流流场的CFD数值模拟,得到了气动数据;最后结合遗传算法对气动数据进行全局寻优,得出了升阻比最佳的后掠角变化规律.仿真结果表明,采用遗传算法对变后掠飞机最佳后掠角进行全局寻优,可以得到合理的最佳后掠角变化规律曲线:在亚声速速域内随着速度的增大,为了降低诱导阻力,提高升阻比,最优后掠角平缓增大;在跨声速速域内,为了延缓激波阻力的形成,最优后掠角急剧上升.     

剪切式变后掠翼气动特性分析

为了探索变后掠翼飞机在不同飞行状态下保持最优飞行性能的问题,采用一种剪切式变后掠翼的变后掠方式,通过改变机翼后掠角但并不改变翼型来实现实时最优飞行。建立了四组不同后掠角的翼身组合体,并对其进行了宽广速域的扰流流场数值模拟,分析其在不同迎角和马赫数下的气动特性,最后得出最优后掠角变化规律。仿真结果表明,剪切式变后掠翼能显著改善飞机升力、阻力和升阻比等气动特性,使可变形飞机能适应多种环境和任务,在全飞行任务周期内相对固定翼飞机具有更优的性能。     

前缘后掠式栅格翼升阻特性研究

栅格翼阻力大的缺点一直是需要解决的问题,前期研究显示,栅格翼翼面后掠能有效减小超声速阶段的波阻。本文采用数值计算的方法,对栅格翼前缘不同后掠方式、后掠角度及前缘后掠贴体型栅格翼进行了分析研究,数值结果显示栅格翼前缘后掠能有效减小波阻,其中栅格格间交接点为尖点的后掠方式减阻效果更好;栅格翼前缘后掠角度对其升力特性的影响较大,主要体现于对栅格内部气流壅塞现象的改善方面;和背风面为平面的栅格翼相比较,前缘后掠贴体型栅格翼的升阻特性表现更优。     

双三角翼及其翼身组合的滚转运动特性比较研究

采用Navier-Stokes方程与滚转运动方程耦合计算方法,比较研究了不同后掠角的双三角翼和翼身组合体的滚转运动特性,分析了机翼前缘后掠角及细长机身对非定常滚转力矩时滞环、动态流场结构和物面瞬时压力分布的影响。研究结果表明：主翼迎风面上的融合涡能量在80°/60°双三角翼上耗散较小,而在76°/40°双三角翼上耗散严重,这是造成两模型滚转力矩稳定性与时滞特性差异的主要因素;机身对气流的扰动作用,大幅增强了滚转力矩的线性分量;机身对气流的上洗作用,增强了边条涡与融合涡吸力及其时滞性,同时加剧了主翼背风面的两涡干扰;大滚转角时机身对横流流动的干扰,使得主翼背风面压力分布的时滞差异显著增加。该研究结果有助于认识后掠角与细长机身影响双三角翼滚转运动特性的物理机理。     

中低空高度下变后掠翼的最佳变后掠规律

为寻找到可变后掠翼飞机的最佳变后掠规律,利用CATIA生成不同后掠角模型,使用Fluent模拟不同高度的环境并利用遗传算法得出最佳的变后掠规律,最后将计算数据进行拟合分析.研究结果表明,在不同高度下,最佳变后掠规律大体趋势相似,但5000m时优势略明显.这个结论为今后可变机翼无人机的设计提供了一定的依据.     

针对雷达LPI波形验证的目标RCS估算

根据某型雷达低截获概率波形设计的需要,分析了雷达探测目标的高频散射机理,并运用物理光学法、等效电磁流法计算了约定目标在不同姿态下和不同电磁波频率照射下的RCS值,从而为验证雷达波形在能探测到目标情况下的LPI性能提供了支撑。实验结果表明,基于电磁场理论的目标RCS估算方法是研究雷达LPI波形的一种有效工具,方法也适合于其他领域RCS估算的需要。     

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。     

有源对消隐身系统设计研究

针对有源对消隐身要求的系统延时短、反应速度快、信号参数测量和对消波幅相控制精度高的特点,设计了一个基于相控阵技术、数字射频存储器(DRFM)和现场可编程门阵列(FPGA)的有源对消系统。为了解决目标雷达散射截面计算量太大、不能有流水线延迟和难以实现实时计算等问题,采用离线计算的方法,预先建立目标的全向雷达散射截面(RCS)数据库、杂波数据库和噪声数据库,由FPGA根据测得的雷达信号参数在数据库中查找到相应的目标回波数据,实时调整对消波的幅度和相位,使对方的雷达接收机始终处于合成方向图的零点。最后通过仿真计算验证了该设计方案的有效性。     

基于部件分解法的运载火箭RCS仿真计算方法

为估算运载火箭的RCS（Radar Cross Section,雷达散射截面积）,采用部件分解法对运载火箭进行电磁散射几何建模,根据飞行过程中运载火箭和雷达的几何关系建立雷达照射目标视线角的计算模型,并运用高频散射理论提出运载火箭RCS的仿真计算方法;最后,对运载火箭的静态RCS和动态RCS进行仿真计算与分析.结果表明：对运载火箭电磁散射几何建模合理可行,提出的火箭RCS计算方法可以满足工程应用需要.采用该方法仅修改几何建模中的模型结构和部分尺寸参数即可方便计算不同型号运载火箭的RCS特性,可以为航天测控雷达系统设计和布站优化提供依据.     

基于DRFM技术的雷达标校器设计与实现

建立了基于数字射频存储器技术构建雷达标校器的方法.该雷达标校器可灵活实现目标运动模拟、多普勒频率加载、目标RCS模拟、多目标模拟等功能,较传统的基于光纤延迟实现的雷达标校器更具有应用价值.针对实际应用需求提出了解决频率捷变的方案,给出了典型模拟策略所需数学模型.应用研究表明,基于数字射频存储器技术的雷达标校器具有较强的...     

飞艇吊舱隐身特性研究

吊舱的雷达散射特性决定了飞艇的隐身性能。为得到最优的设计方案,需要综合计算各种方案吊舱的雷达散射截面值。本文提出了采用多截面曲面对飞艇吊舱数字化建模的原理和通过形状因子描述吊舱脊线的方法,推导出利用物理光学法估算吊舱雷达散射截面的公式并总结了程序流程。通过典型吊舱分析了飞艇的隐身性能,结果表明：采用形状因子对吊舱的数字...     

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...     

高超声速锥模型及其尾迹电磁散射实验研究

介绍了利用X、Ka波段雷达系统在中国空气动力研究与发展中心超高速所弹道靶上开展了金属锥模型和开槽锥模型及其尾迹的电磁散射截面积（RCS）实验研究,模型底部直径12mm、半锥角和头部半径分别为12.5°和1.0金属锥模型速度大于6km/s,飞行环境压力为6.8kPa;开槽锥模型速度5.4km/s,飞行环境压力7.5kPa,雷达测量方式为X波段单站,Ka波段单站。实验结果表明：在等离子体绕流场包覆模型时,获得的锥模型单站X波段RCS、单站Ka波段RCS的实验结果与数值计算结果较为吻合;锥模型的单站后向电磁散射主要集中在模型头身部区域,尾迹散射相对较小。     

腹部进气道电磁散射特性及RCS减缩方法研究

对建立的腹部S型进气道及前机身模型,采用多层快速多级子方法计算雷达散射截面,研究了进气道唇口斜切方式、上下唇边锯齿化、S型弯道长度、等直段安装吸波导流环和前机身形状对腹部进气道头向RCS的影响,并分析进气道与前机身的耦合散射特性。通过计算进气道参数改变前后的电磁散射特性,找出影响腹部进气道头向雷达散射截面的主要因素和RCS减缩方法,并对各种减缩方法的减缩效果作了对比分析。研究结果为腹部进气道的头向RCS减缩提供了技术依据。     

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。