基于FDTD的散射体宽角度宽频带RCS快速计算方法研究

将FDTD（Finite Difference Time Domain）法与双三次样条函数插值逼近、傅立叶变换结合,快速计算了三维散射体的宽角度、宽频带RCS（Radar Cross Section）。在双入射角度和全范围内各选定若干个插值节点,然后用FDTD法计算得到外推面上各节点的切向电磁场值,进而插值得到电磁场值随入射角度变化的双三次样条函数;之后用该样条函数计算出全入射角度范围内外推面上两个入射角范围内的切向电磁场值;最后通过近远场变换得到宽角度RCS。在计算过程中同时将激励源设置为脉冲源,通过对外推面上的电磁场值进行傅立叶变换,得到RCS频率响应。计算结果表明,只用少数插值节点就能够得到非常逼近FDTD法精确计算结果的散射体宽角度宽频带RCS响应,具有很高的计算效率。     

关于电磁场的自然单元法

有限元法和无网格法在电磁场数值计算中已经得到了广泛的应用,然而有限元法存在前处理网格剖分问题,无网格法存在计算时间长、边界条件和不连续面难处理等问题。针对以上问题,本文提出了利用自然单元法求解电磁场的方法,该方法根据场域中的离散点的信息构造自然邻点插值函数,最后算出场值。通过算例证明了该方法在电磁场计算中的可行性。     

开槽钝锥体及等离子体鞘套的RCS特性研究

采用时域有限差分（FDTD）方法研究了等离子体鞘套包覆目标的电磁散射特性,发展了超高速飞行器及其等离子体鞘套RCS特性并行计算软件。采用发展的软件完成了超高速开槽钝锥后向远区时域特性和0°入射角附近的电磁散射截面积（RCS）的计算分析,并在中国空气动力研究与发展中心的气动物理靶上进行了超高速开槽钝锥体的RCS验证试验。研究表明：在钝锥体表面开环槽并填充透波性能良好的介质材料相当于在钝锥体表面人为地增加了一个散射中心;在低频区和谐振区,开槽后钝锥体的RCS在原值周围变化,而在高频区,钝锥体的RCS在0°入射角附近很宽的范围内均显著增大。     

基于FDTD与C＋＋的金属目标RCS省内存计算

利用C＋＋语言的面向对象特性,实现了金属目标雷达散射截面（Radar Cross Section,RCS）的省内存计算。一般用时域有限差分（Finite—Difference Time-Domain,FDTD）法计算金属目标的RCS时,没有考虑到金属目标内部电磁场量为零的特性,对金属目标内部也分配了大量的内存。将金属目标分为内外两部分,对内部区域分配内存消耗少的数组,利用C＋＋语言的多态性,将各个不同的区域连接成一个整体来计算,从而减少了内存消耗。数值计算结果表明,与普通计算方法相比,对计算精度没有影响,同时可以大幅节省内存消耗。     

交互外形设计中的有理插值方法

在CAGD中,构造光滑曲线通过给定的二维或三维点集是非常重要的问题。广泛釆用的方法是Hermite技术,但是依照这种方法,插值曲线的形状过多地依赖于切矢的模长,且形状的修改不能依几何的方式交互完成。本文提出了一种结合交互技术和插值技术于一体的曲线插值方法,插值基函数为有理函数,在此基础上讨论了形状参数在几何修形中的作用,     

带中心锥航空发动机腔体电磁散射特性数值研究

为了研究中心锥顶角和电磁波入射方位改变对航空发动机腔体的电磁散射特性的影响,采用物理光学(PO)法和等效棱边电磁流(EEC)法,对带中心锥发动机腔体在C波段入射频率f=6 GHz下进行电磁散射计算。计算结果表明:在水平极化下入射角为4°~28°范围内,中心锥顶角30°的发动机腔体的雷达散射截面(RCS)值较小;由等效电流图上得到特定角度下发动机腔体散射强弱分布,为发动机腔体关键散射区域采取隐身措施以提高隐身性能提供参考。     

飞机翼面气动载荷压力分布有限元节点插值方法研究

以气动点上的压力值作为输入,通过插值方法得到结构有限元节点上的压力值,分别采用薄板样条插值函数和弯曲板单元形函数插值的方法进行有限元节点的压力值计算,并将两者的插值结果进行了比较。结果表明,两种方法计算得到的总载、总矩均与试验结果符合较好,误差均在3%以内。相比较而言,弯曲板单元插值方法计算得到的压力分布曲面更光滑,总载、总矩也更为准确。     

基于CFD高精度算法的雷电电磁场研究

雷电空间电磁场一直是电磁领域研究的热门，成熟的算法例如有限时域差分法（FDTD），传输线矩阵法（TLM）以及频域的矩量法（MoM）在计算雷电问题方面都有广泛的应用。由于计算流体力学（CFD）中的Euler方程与电磁学中的Maxwell方程有着相同的守恒形式，而且采用间断伽辽金方法（DG）已经在流场问题上得到广泛的尝试，因此引入了基于计算流体力学的DG方法来离散时域Maxwell方程，并采用网格分区并行技术加速计算，使用基于DG的圆球雷达散射截面积（RCS）算例进行测试，数值结果一致表明DG算法在求解电磁场问题上的可行性，之后通过计算一段近场雷电通道的电场分布并与解析解、某算法仿真解对比，数据基本吻合，说明该方法适合于雷电电磁场的计算。     

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。     

非金属翼面结构后向RCS估算方法的探讨

 本文对一种估算非金属翼面结构RCS值的工程算法进行了探讨。将非金属翼面结构的后向RCS看成是由若干个独立的散射源所组成的,用随机相位法对一种玻璃钢复材结构的翼面结构模型的RCS值进行了计算。     

SRAM及其二维结构的隐身特性计算分析

应用有限元数值计算方法结合吸收边界条件，对结构型吸波材料的隐身特性计算进行了算法分析研究；并据分层组配方案对二维层合板SRAM结构(二层和三层结构)的雷达散射截面进行计算，得到最优隐身特性的组配方案；最后对波纹板SRAM结构、波纹板斜面与底板夹角变化对雷达散射截面的影响进行了计算分析，得出正趋势的结论。     

Geometric Optimization Design System Incorporating Hybrid GRECO-WM Scheme and Genetic Algorithm

This article seeks to outline an integrated and practical geometric optimization design system (GODS) incorporating hybrid graphical electromagnetic computing-wedge modeling (GRECO-WM) scheme and the genetic algorithm (GA) for calculating the radar cross section (RCS) and optimizing the geometric parameters of a large and complex target respectively. A new wedge modeling (WM) scheme is presented for calculating the high-frequency RCS of wedge with only one visible facet based on the method of equivalent currents (MEC). The applications of GODS to 2D cross-section and 3D surface are respectively implemented by choosing an average of monostatic RCS values corresponding to a series of incident angles over a frequency band as the optimum objective function. And the results demonstrate that the RCS can be effectively and conveniently reduced by the GODS presented in this article.     

超高速模型及其等离子体鞘套RCS特性研究(英文)

为了研究等离子体对超高速模型雷达散射截面的影响,利用气动物理靶测量超高速模型及其绕流的雷达散射截面(RCS),给出了雷达接收信号、信号频谱和模型雷达散射截面的一维距离像。利用时域有限差分方法(FDTD)分析了等离子体鞘套对模型电磁散射特性的影响。将数值模拟结果和试验结果进行了对比,对比结果显示二者符合得很好。数值模拟结果还表明雷达入射角小角度偏移对测量结果有较大影响。     

平面埋入式进气道的电磁散射特性

 对一种平面埋入式进气道在Ku波段选择入射频率15 GHz情况下进行了电磁散射特性的实验和仿真研究,取得了平面埋入式进气道雷达散射截面（RCS）随方位角、迎角和终端的变化规律。研究结果表明: (1)平面埋入式进气道布局的导弹模型在水平极化终端为风扇时±60°RCS均值为-27.42 dBsm,垂直极化为-28.50 dBsm是一种隐身方案;(2)迎角变化对埋入式进气道RCS的影响不大,在-5°~10°的迎角范围内RCS均值的变化不大于4 dB;(3)运用时域有限差分法(FDTD)计算所得的RCS随方位角变化曲线与实验曲线趋势基本一致,±60°均值误差在1 dB左右。     

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.      

H型叶栅通道流计算网格的改进

提出一种壁面正交、尾迹区网格节点分布逐渐均匀化叶栅通道网格生成方法。为了研究壁面处网格正交性对数值计算结果的影响，推导出壁面附近流动参数一阶导数离散误差与网格线交角的数学关系。采用N-S方程分别对平板紊流附面层流和叶栅通道流进行计算分析。结果表明：壁面处网格正交性对附面层内流动计算预测精度影响较大，而对势流区流动影响很小；尾迹区切向网格节点逐渐均匀化分布能更准确计算尾迹区流动。