直升机旋翼桨叶动态RCS特性研究

从时域和频域两方面,对直升机动态旋翼的RCS特征进行了较全面研究,即不仅考虑旋翼的旋转运动,而且还考虑桨叶的变距、挥舞和桨盘倾斜等引起RCS的动态效应。以NACA0012为翼型的直平翼作为直升机旋翼桨叶,建立旋翼桨叶的几何模型,采用物理光学和等效电磁流法,计算各种运动情况下旋翼RCS的时域曲线,然后,用准静态法计算一个周期内的平均多普勒频谱,最后,对连续的瞬时频谱进行时间-频谱分析,得到一些重要研究结果。     

三维旋转效应对桨叶气动特性影响的计算

在旋转的作用下,流动分离向下游延迟,结果大大改变了风力机桨叶的气动特性,这种由旋转所带来的影响被称为三维旋转效应。本文以桨叶表面边界层理论分析的结果为基础,给出了三维旋转效应对气流分离影响的解析关系,将其与非定常气动和动态失速模型相结合,并适当考虑旋转条件下桨叶翼型载荷的分布特性,使其能计算三维旋转效应下风力机桨叶的非定常气动特性.通过算例表明,当这一三维旋转效应模型与非定常动态失速模型耦合后再计算桨叶非定常气动特性时,能大大改善计算结果。     

考虑旋翼调制影响的直升机RCS特性分析及评估

考虑旋翼调制的影响,建立了适合于直升机全机雷达散射截面(RCS)特性计算的“面元-边缘法”.兼顾计算效率和精度,在外形变化剧烈地区域,网格进行加密处理,并保证电磁网格密度和尺度满足雷达波波长大小的比例关系.以桨盘倾倒方式计入桨叶的挥舞和变距运动,采用准静态法模拟旋翼对全机RCS特性的影响.分析了某直升机RCS极化、姿态、频率响应特性,并根据直升机RCS和雷达探测距离关系,提出了4级预警机制和角域范围.研究表明:旋翼转动时全机RCS动态响应具有连续性和对称性,振荡区散射水平强,RCS幅值为-5~12dB ·m2;奇数片桨叶比偶数片桨叶的RCS减缩2~5dB ·m2,且有利于控制直升机RCS包络线和散射峰值的时域响应,增强雷达隐身性能.      

复合材料桨叶固有特性计算与试验研究

直升机旋翼的固有特性是直升机动力学问题研究的基础。文中运用有限元方法分析了模型旋翼复合材料桨叶的固有特性。运用ANSYS软件计算了桨叶的固有频率和振型,并通过试验测量了桨叶的固有频率。结果表明用有限元方法计算复合材料桨叶的固有特性与试验值吻合。     

失衡旋翼的直升机自激振动分析模型

直升机使用中很可能出现旋翼各片桨叶特性不一致的情况,为了研究失衡旋翼对直升机自激振动的影响,建立了适用于地面、悬停及前飞状态的旋翼/机体耦合动稳定性分析模型。采用当量铰旋翼模型,计入动力入流的影响,分别在旋转坐标系和固定坐标系中建立了桨叶及机体的动力学方程。以减摆器失效对直升机地面共振的影响为例,对桨叶及机体的时域响应进行了非线性数值仿真,用Floquet传递矩阵法计算了摆振后退型模态频率及阻尼,并用时域分析进行了检验。结果表明,其中一个减摆器失效后,各片桨叶摆振运动特性相差很大,系统的摆振后退型模态阻尼下降幅度高达60%以上。     

颗粒阻尼对直升机旋翼桨叶减振效果的试验

 为探索直升机减振技术的新方法,研究颗粒阻尼技术在直升机旋翼桨叶减振中的应用,设计了直升机旋翼桨叶模型及其相应的颗粒阻尼器形式,利用试验方法研究了颗粒阻尼对非旋转及旋转桨叶模型的阻尼减振效果。试验结果表明：颗粒阻尼可以有效提高非旋转桨叶模型的前3阶阻尼水平,尤其可使桨叶第3阶模态阻尼比提高一个数量级甚至更多;在较低的转速范围内,颗粒阻尼还可以克服离心力作用,使旋转桨叶模型的挥舞和摆振加速度响应水平均得到有效削减,充分表明了颗粒阻尼作为一种振动控制手段应用于直升机旋翼桨叶的可行性。     

机载平面螺旋天线辐射场的GTD算法

用近似螺旋线法计算了平面螺旋天线的辐射场.在此基础上,应用几何绕射理论(GTD),考虑机体结构的影响,给出机载平面螺旋天线辐射场,并与试验结果进行了比较.     

直升机机动飞行的逆模拟

本文给出了一种直升机机动飞行的逆模拟方法以计算跟随预定飞行轨迹的驾驶员操纵,根据这一方法可以确定为完成直升机机动飞行所需的驾驶员操纵输入及直长机的飞行速度、角速度和的变化历程。直同飞行动力学模型没有作任何线化假设,其中考虑了旋翼入流的时滞效应、前行桨叶的压缩性物后行桨叶的失速特性及旋翼桨叶的非定常挥舞运动,引入了旋翼尾迹对直升机机身、尾翼和尾桨的气动干扰。最后以黑鹰直升机为例计算了鱼跃越障机动飞行     

FEKO在直升机天线布局中的应用

电磁仿真软件FEKO具有强大的电磁场计算分析能力。以直升机载航管应答天线和无线电高度表天线为例,研究了FEKO在直升机天线布局设计中的应用,给出了FEKO中的模型建立方法,通过仿真计算天线辐射方向图和隔离度及其分析,说明FEKO可完成天线布局的优化设计。研究中的试验测量结果与仿真计算结果基本吻合,验证了FEKO进行直升机天线布局仿真方法的合理性和可行性。     

基于非定常动量源方法的全机耦合气动分析

基于非定常动量源方法开展了直升机全机耦合气动分析研究。首先,以定常动量源模型为基础给出了高效的求解方法并验证其准确性。然后,将动量源项随时间变化添加至虚拟桨叶的所在位置,建立了能够体现流场非定常特性的非定常动量源模型。在此基础上,应用所建立的模拟方法深入开展了直升机全机耦合气动计算与分析。最后,结合飞行平衡模型分析了飞行参数对直升机气动特性的影响。研究结果表明,所建立的非定常动量源方法可以准确地模拟出桨叶的涡尾迹,可用于直升机全机耦合的气动分析研究。     

极化滤波反射面隐身天线研究

介绍了一种极化滤波反射面天线,将天线工程中的周期结构反射面技术应用于解决飞行器天线的RCS问题,采用由金属丝栅网构成的周期结构作为天线主反射面,使其对正交极化的来波具有良好的透射性,从而降低了天线的RCS。给出了此天线辐射方向图和雷达散射截面(RCS)的实测结果,并与普通金属反射面天线的结果进行了比较。     

定向耦合器在天线隔离度测试中的应用

飞机机载天线之间可能会因电磁能量互相耦合而产生电磁干扰,天线隔离度测试是验证机载天线布局设计的重要手段之一。根据定向耦合器性能参数定义,通过测量定向耦合器耦合端口和隔离端口的功率值计算出发射天线的净输入功率和接收天线的净输出功率,从而得到天线隔离度。通过机上测试,这种隔离度测试方法简便快捷、稳定可靠,试验结果准确有效。     

Performance analysis of radar antenna systems

If modern airborne radar systems are to function properly, the radar antenna radiation patterns must meet certain specifications. Until recently, most radar antennas were designed and tested in a clean antenna environment, i.e., there is no near field scattering from host structures or radome effects. However, these higher order effects are the matter of increasing concern with added performance demands in the ever-increasing jammer and clutter interference environments. We investigated the capabilities and limitations of currently available analysis techniques and computer codes for installed performance of airborne radar antenna systems. Then we developed an extended ray-optical technique that could predict total installed performance of airborne radar antenna systems, i.e., the near field scattering from aircraft structures and radome effects. The new analysis technique utilized a ray-tracing method in both airframe and radome simulation. Thus, it can efficiently predict the total installed performance of large radar antenna systems on an aircraft structure     

Radio Interference in Helicopter-Borne Pulse Doppler Radars

Radio interference generated in a helicopter-borne pulse Doppler radar system due to rotating blades is analyzed for the case that blades are located in the far field region of the radar antenna. A first-order estimate of the blade interference power spectrum is obtained as a function of antenna depression angle and radar (helicopter) altitude and speed. Numerical calculations show that blade interference is very weak compared with the direct ground clutter. It extends, however, into the clutter-free region which causes false alarms and degrades the radar performance.     

机载天线电磁兼容及布局分析

讨论机载天线电磁兼容及布局优化分析的数学模型。介绍了低频区、谐振区及光学区机载天线辐射场、电磁干扰余量的求解法。利用电磁干扰余量对机载天线电磁兼容（ＥＭＣ）问题进行了分析和求解,从而确定无线布局问题,给出了天线布局设计的流程图,并以机载微带共形天线为例,求解了其增益分布图和两微带天线元之间的电磁干扰余量。     

浅析水平扭转M型下滑天线对入口高度及下滑角的影响

对于M型下滑天线,对天线作微调能改变近场DDM分布,从而对入口高度产生影响。本文阐述了扭动天线及调整辐射场形的原理。通过扭动上、下天线,定量分析入口高度和下滑角的改变量与扭动距离的依赖关系,并对飞行校验中的实例进行比较。对比扭动对近场(入口高度)和远场(下滑角)的影响。理论计算得出:上天线向跑道方向扭动一定角度,可以明显提高入口高度,向跑道外侧扭动后,入口高度减小;扭动下天线情况则相反,且两者基本都不影响下滑角。因此表明,扭动天线是一种有效改变近场的方法。     

An Analysis of Helicopter Rotor Modulation Interference

In satellite-to-helicopter communications, interference exists on the incoming signal when the receiving antenna is located below the rotor blades. A bound is established for the performance of a coherent fixed-tone ranging system operating at L band in this interference environment. The scalar diffracted field beneath the rotating blades, at L band and above, is found to satisfy the criterion of Fresnel diffraction, and is computed using the techniques of Fourier optics. The diffracted field is expressed in terms of a narrow-band signal. The amplitude and phase components are calculated from a Fourier Series expansion using the FFT algorithm. The significant harmonics of the phase component of the interference combine with the baseband of the narrow-band, phase-modulated ranging signal. This results in CW interference, and in rearrangement of the first-order, sideband, ranging-tone channel powers. The degradation in ranging accuracy is evaluated by computing the signal-to-interference (SIR) ratio for a set of ranging tones. The post-detection (SIR)PD at the output of the correlator is shown to be a function of the amplitude of the phase harmonics of the interference, the relative difference between the ranging tone and interference center frequencies (a function of rotor speed), the rangetone modulation indices, and the post-detection filter noise bandwidth.     

民用飞机甚高频通信天线设计

作为民用飞机甚高频(Very High Frequency,以下简称VHF)通信系统的重要组成部分,VHF通信天线不仅辐射和接收电磁波,还要进行能量转换。VHF通信天线的设计直接影响通信中射频能量的分布,进而影响通信质量和飞行安全。简要介绍了VHF通信系统,并在给出VHF通信天线设计要求的基础上,通过工程实例分析了VHF通信天线的设计过程,最后总结了VHF通信天线设计的特点。     

旋转部件复杂表面水滴撞击计算

为模拟旋转体结冰问题的过冷水滴运动及撞击过程,基于欧拉方法及单旋转坐标系模型,建立了三维旋转水滴运动模型,并提出了相应的数值求解方法。采用单旋转坐标系对空气及水滴两相流动过程进行处理,通过引入惯性力,将惯性系下的周期转动边界转换为定常流动边界;利用欧拉方法,使用单向耦合形式描述空气—水滴流场;在单旋转坐标系下,向控制方程内引入科里奥利加速度及牵连加速度,进行非惯性系下欧拉方程的修正,从而描述水滴运动过程;采用有限容积求解器对空气及水滴运动的控制方程组进行求解,通过引入源项定义单旋转坐标系下的惯性力,得到空气流场及水滴场的速度、体积分数分布,进而得到表面水滴撞击特性。采用上述方法对旋转帽罩与叶片模型进行算例分析,结果表明所建立的旋转水滴计算方法有效,对比静止状态表面的结果,旋转对帽罩的水滴撞击特性影响甚小,而对桨叶存在显著影响;由于帽罩具有中心对称的特性,因而旋转带来的切向速度变化对其水滴撞击特性影响不明显;桨叶表面水滴收集系数随旋转角速度增大而增大,同时收集系数在表面的分布会向迎风方向偏移,较大的角速度对应了更为显著的收集系数增幅与偏移现象。