不同宽高比的二元喷管电磁散射特性数值研究

为研究宽高比对二元喷管雷达散射截面(RCS)的影响,结合迭代物理光学法和等效边缘电磁流法开发了腔体电磁散射特性计算程序,用来分析二元喷管的雷达散射特性;并采用OpenMP和MPI两种并行技术提高计算效率。对比分析了不同宽高比(AR)的二元喷管在水平极化及垂直极化方式下的电磁散射特性,并给出了二元喷管在不同探测角下总散射场与边缘绕射场的RCS曲线。研究结果表明,在两种极化方式下,宽高比对边缘绕射场的RCS值影响不大而对总散射场影响较大;宽高比为2.0的模型在两种极化方式下,都具有较低的RCS值,相比宽高比为1.5的模型在水平极化方式和垂直极化方式下分别减少4.98%和6.72%。     

不同出口形状S形喷管的RSC特性

采用超椭圆方法、面积变化规律及中心线变化规律设计了三种出口形状的S形喷管,结合等效边缘电磁流（EEC）法和迭代物理光学（IPO）法开发了计算程序;EEC法分析喷管出口边缘产生的绕射场对S形喷管的雷达散射截面（RCS）的贡献;IPO法分析S形喷管腔体产生的散射场对S形喷管RCS的贡献;通过对两种电磁场所产生的电磁波的矢量叠加计算S形喷管的总RCS;在此基础上,研究了3种不同出口形状的S形喷管的RCS特性.结果表明:出口形状对RCS影响较大;圆形出口是3种S形喷管中RCS最小的;相互错位的锯齿修型可有效减小喷管的RCS;喷管的S形结构设计使得全局探测角内总散射场的RCS不关于0°探测角对称,并使得最大RCS移向正探测角.      

不同喷口修形的二元收敛喷管RCS数值模拟

用等效棱边电磁流(EEC)方法和物理光学迭代(IPO)法自主开发了计算程序,用来分析不同尾缘修形喷管的雷达散射特性;在计算中考虑喷管出口边缘的绕射场对雷达散射截面(RCS)的影响;提出了一种高效的判断面元间遮挡关系的算法和喷管出口轮廓线的辨别方法;在此基础上,研究了四种不同喷口修形的二元收敛喷管的RCS特性.结果表明:该开发程序具有较好的计算精度;适当的喷口修形可降低重点姿态角下喷管的RCS.      

射线追踪法在球面收敛调节片喷管RCS计算中的应用

结合射线追踪法的原理,利用自主开发的电磁散射特性计算程序,对具有不同尾缘修型的球面收敛调节片喷管进行了数值模拟计算,分别得到了不同喷管内部腔体散射场和喷管出口边缘绕射场的雷达散射截面积(RCS),并且通过计算获得了不同入射方位角上喷管腔体内壁面上的感应电流,通过对感应电流的分析,从本质上解释了RCS的变化规律.研究结果表明:对喷管出口尾缘所采用的修型措施在降低喷管出口边缘绕射场的RCS和改善喷管电磁隐身性能方面效果显著;相对于普通的遮挡算法,射线追踪法将计算周期缩短了21%以上,明显地提高了计算效率;利用感应电流的分析方法能够清晰直观地从本质上解释RCS的变化规律,并且具有较高的可靠性.      

基于迭代物理光学和等效边缘电流方法的S形进气道雷达散射截面研究

为了研究进口形状对S形进气道唇口边缘绕射场与其腔体内部散射场电磁特性的影响,在S形进气道偏心距、面积变化规律、中心线变化规律不变的条件下,采用迭代物理光学法(IPO)与等效边缘电流法(EEC)方法,对圆形、椭圆形、矩形、菱形、W形等5种不同进口形状的S形进气道进行了雷达散射截面(RCS)的数值分析.结果表明,进口形状对进气道的RCS特性影响较大;在较大的探测角范围内,W形进口S形进气道的RCS值明显低于其它进口形状的S进气道;菱形进口进气道的RCS在唇口未做修型S形进气道中最低.W形唇口修型可有效降低唇口边缘绕射场的RCS;而在负探测角时,斜切唇口修型可大大降低S形进气道总散射场的RCS.     

唇口斜切修型对S形进气道RCS影响

采用基于迭代物理光学法与等效边缘电磁流法的雷达散射截面计算程序,分析了水平、垂直两种极化方式下唇口斜切修型对菱形进口S形进气道边缘绕射场及腔体内部散射场的影响。计算结果表明：在水平、垂直两种极化方式下,斜切修型可有效降低边缘绕射场的雷达散射截面,但随斜切角度的增大,其减小幅度降低;正负斜切角度对应的绕射场雷达散射截面分布关于0°探测角对称;斜切修型对腔体内部散射场的影响较小。     

中心线形状对S形二元收敛喷管雷达隐身设计的影响

为了探求中心线形状对S形二元收敛喷管电磁散射特性的影响规律,在S形二元收敛喷管进出口面积、偏心距、面积变 化规律不变的条件下,结合超椭圆方法设计了5种不同中心线形状变化规律的S形二元收敛喷管,采用多层快速多极子方法对上 述5种喷管进行了雷达散射截面(RCS)仿真计算和分析。结果表明：5种不同中心线形状变化规律的S形二元收敛喷管在不同频率 和不同极化条件下表现出不同变化规律的雷达隐身特性;综合分析中心线形状C（缓急相当）的喷管整体雷达隐身性能较好,RCS 平均值最高为0.953 dBm 2 、最低为-1.3 dBm 2 ;中心线形状E（前急后缓）的喷管,RCS平均值为1.6 dBm 2 ～2.209 dBm 2 ;中心线形状B 的喷管雷达隐身性能最差,RCS平均值最高为2.71 dBm 2 、最低为0.081 dBm 2 。     

几何矢量角对球面收敛矢量喷管RCS的影响研究

为了研究几何矢量角对球面收敛二元矢量喷管后向电磁散射特性的影响,采用物理光学迭代方法分别对不同俯仰矢量角和偏航矢量角下球面收敛矢量喷管的雷达截面积进行了数值模拟,得到了矢量角对于球面收敛二元矢量喷管的电磁散射特性的影响规律。研究结果表明:俯仰矢量角在两个探测平面内均可降低球面收敛二元矢量喷管的RCS20%以上,偏航矢量角只能在俯仰平面降低球面收敛二元矢量喷管RCS50%左右,在偏航平面则会增加球面收敛二元矢量喷管RCS约150%;俯仰矢量角为15°时,模型的后向RCS最小。     

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.      

轴对称及二元喷管RCS的数值模拟

利用物理光学迭代法独立设计程序,采用前后向算法并结合欠松弛因子加速收敛,提高运算效率.通过计算简单标准模型的雷达散射截面(RCS)验证了程序的可靠性.在此基础上,对两种不同宽高比二元喷管简化模型及轴对称喷管简化模型的RCS进行了计算并加以分析比较.结果表明,程序具有较好的计算精度和通用性,在较大范围的姿态角内,二元喷管简化模型的RCS高于轴对称喷管简化模型的RCS.      

单边膨胀球面2 元喷管雷达隐身修形研究

针对单边膨胀球面2元喷管,采用斜切出口的方式进行雷达隐身修形设计。利用迭代物理光学(IPO)方法和等效边缘电磁流(EEC)方法进行电磁散射仿真研究,分析喷管修形设计中出口斜切角度对喷管后向散射场的影响,经仿真分析得出,水平极化下斜切角度为25°的喷管具有较低的散射特性,而垂直极化下斜切角度为15°的喷管后向隐身效果较好。     

Comprehensive optimization design of aerodynamic and electromagnetic scattering characteristics of serpentine nozzle

Comprehensive optimization design of serpentine nozzle with trapezoidal outlet was studied to improve its aerodynamic and electromagnetic scattering performance. Serpentine nozzles with different center offsets and different ratios of the bases of the trapezoidal outlet were generated based on curvature control regulation. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations have been conducted to obtain the flow field in the nozzle, and Forward-Backward Iterative Physical Optics (FBIPO) method was applied to study the electromagnetic scattering characteristics of the nozzle. Guarantee Convergence Particle Swarm Optimization (GCPSO) algorithm based on Radial Basis Function (RBF) neural network was used to optimize the geometry of the nozzle in consideration of its aerodynamic and electromagnetic scattering characteristics. The results show that the GCPSO method based on RBF can be used to optimize the aerodynamic characteristics of the internal flow and the scattering characteristics of the cavity of the serpentine nozzle with irregular outlet. The optimized model has a higher center offset and a lower ratio of the bases of the trapezoidal outlet after optimization compared to the original model. The optimized model leads to a slight change in aerodynamic performance, with a total pressure recovery coefficient increase of 0.31% and a discharge coefficient increase of 0.41%. In addition, the Radar Cross Section (RCS) decreases also by around 83.33% and the overall performance is significantly improved, with a decrease of the optimized objective function by around 38.74%.     

雷达俯视角对轴对称喷管测试RCS影响研究

为了研究雷达位置以及雷达波段对于轴对称排气系统电磁散射特性的影响，采用步进频率测试系统在暗室中测试了轴对称排气系统的后向雷达散射截面积(RCS)；分析了俯视角对轴对称排气系统后向电磁散射特性的影响。试验结果表明:随着俯视角的增大，轴对称喷管的后向RCS会随之减小，在15°俯视角下排气系统的RCS是0°角下的30%；在不同频段下轴对称喷管的电磁散射特性基本相似。     

喷管收敛-扩张角对爆震发动机性能影响分析

为了研究喷管收敛-扩张角对爆震发动机性能的影响,以氢气和氧气混合物为例,对不同喷管收敛-扩张角下的爆震发动机工作过程进行了数值模拟,结果表明,不同喷管收敛-扩张角对爆震发动机性能的影响并不相同。增大扩张角,喷管出口面积增大,推力投影面积增大,排气时间减少,喷管内压力下降较快。收敛角为5°或扩张角为5°时的爆震发动机性能较好。