隐身结构机翼RCS分析与优化设计

以前缘内部填充吸波材料的隐身结构飞机机翼为研究对象,采用矩量法对其向前的雷达散射截面(RCS)进行数值分析;根据代理模型优化策略,对上述机翼隐身结构中的吸波材料厚度与劈角的选取进行RCS特性分析与优化。研究表明,和全金属机翼相比,隐身结构机翼具有更好的隐身特性;经过优化设计,可在典型方位上显著降低翼面结构RCS,提高了原隐身结构的吸波性能。     

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。     

浅谈隐身技术

隐身飞机所采用的隐身技术主要有以下三个方面:1 外形 设计飞机时,应尽量减少飞机在雷达屏幕上的面积;减弱飞机表面反射的雷达波。这就要求将飞机表面做得非常光滑,尽量减少突起,也就是说,飞机的外形要干净。因为这样可以将照射到的雷达波反射到另外方向上去,使其收不到回波。如美国洛克希德—马丁公司研制的著名的单座亚音速隐身战斗/攻击机F—117A,便是采用了独特的多面体外形设计,机翼和蝶形尾翼均采用菱形剖面,机身为两端尖削的飞行角锥体,机身框架上覆盖有平板型蒙皮,光滑融合过渡,发动机进气道和机身的顶部边缘与机翼前缘平行,尾喷口边缘与机翼后缘平行,整个飞机的外形都是由很多折面组成,使得雷达反射波集中在水平面的几个波束内,从而达到隐身目的。     

飞机雷达天线系统隐身技术研究

分析了由飞机雷达罩、雷达天线和雷达舱内高频部件构成的雷达天线系统的散射特性,并研究了其隐身机理和隐身措施.提出了飞机雷达舱气动,隐身,结构一体化设计概念.     

鸟撞载荷下铆接对机翼前缘加强结构的影响分析

为了提升飞机机翼前缘结构抵抗冲击的能力从而保护机翼内部结构及功能,工程中提出了各种前缘结构加强方案。而这些加强结构多为非整体结构件,需将加强结构与原结构组装起来,考虑到工艺性要求铆钉连接成为最主要的连接方式。虽然铆钉连接的方式操作简单费用较低,但该种连接方式不可避免地给飞机机翼前缘加强结构带来了一定的初始损伤,直接影响到了飞机机翼前缘结构的抗冲击能力,因而未考虑铆钉连接影响的加强结构模型,无法准确地反映结构在冲击载荷下的实际受载情况。创建了含铆钉的飞机机翼前缘加强结构模型,该模型建立了铆钉孔同时确定了被连接件间的连接方式,通过与试验结果的对比验证了该模型的有效性,含铆钉的飞机机翼前缘加强结构模型能较好地预测前缘结构遭受鸟撞冲击载荷下的损伤情况。     

充气结构机翼的设计和试验研究

为了减少无人机的结构重量,提高雷达隐身能力,充气结构机翼无人机是一种很有发展潜力的飞行器。首先讨论了一种充气机翼的设计方案与加工方法及对应的性能实验,其次着重介绍了充气机翼的翼型生成方法,最后通过实验与试飞论证了充气机翼在飞行中的可行性。     

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。     

美国B-2轰炸机的发展历程(下)

B-2飞机的结构特点B-2飞机的机翼主要由一根钛合金翼梁和一个在中央段/内翼段贯通的钛合金盒式结构构成。该结构为简单的承力结构件。外翼段为独立的复合材料组件,长19.8米。整体加强蒙皮厚23毫米。左右机翼内形成若干整体油箱,总燃油容量达74844千克。机体后段部分长15.2米,也由复合材料制成。机翼前缘内部是锲形隔板,内填蜂窝状雷达吸波材料,能使电磁波能量在反复折射中消耗掉。整个机翼前缘复盖绝缘材料,发动机舱四周采用耐高温复合材料以使发动机能够埋藏在机翼的中翼段内。这些材料能承受232℃的高温。进气道呈S形,以     

飞机机翼结构质量分配方法研究

提出了一种机翼结构质量分配方法 ,能根据飞机总体设计参数 ,把机翼结构质量分配到承弯结构、承剪结构、分布气动载荷所需结构、起落架安装影响结构、外挂物安装影响结构、油箱安装影响结构、前缘结构、后缘结构、襟翼结构、副翼结构、机翼机身接头及其他杂项元件结构 ,共分为 12个功能结构部分。首先建立了飞机总体设计阶段机翼结构质量分配的分析模型 ;然后根据现有飞机机翼的质量和飞机总体几何参数 ,用参数优化方法确定了该分析模型中的结构修正系数 ;从而得到一个机翼结构质量分配模型。用 8架飞机的机翼所完成的算例证明了该方法的有效性和合理性。     

航空发动机喷管隐身修形设计技术分析

介绍了国外航空发动机喷管隐身修形设计技术在轰炸机、战斗机及无人机上的应用,阐述了喷管隐身修形设计技术的基本原理及其在实现发动机红外隐身及雷达隐身方面的重要性。分析了喷管锯齿修形设计技术对飞机/发动机的气动特性、红外及雷达隐身的影响,着重分析了锯齿结构对高温气流核心区长度的影响,获得了飞机类型、作战目的、喷管类型等因素与喷管锯齿修形设计技术选取的关系,及2元喷管锯齿形结构与轴对称喷管锯齿形结构的设计原则。     

等离子体涡电磁散射特性及隐身性能

 针对非均匀等离子体在飞行器隐身中的应用,采用分段线性电流密度递归卷积时域有限差分（PLJERC-FDTD）方法计算等离子体涡及涡串电磁散射特性,分析等离子体涡对飞行器隐身性能影响。计算表明,等离子体涡在很大频率区间对电磁波吸收效果显著,RCS降低很大,具有明显的隐身效果。等离子体涡表现出一定规律性的极化特性,对L,S和C波段电磁波具有不同的吸收、反射特性。     

A New Method for Analyzing Integrated Stealth Ability of Penetration Aircraft

Taking into account the limitations of existing stealth performance analysis methods, a method termed as the integrated stealth performance analysis method is proposed for evaluating the stealth ability of the penetration aircraft. Based on various target radar cross section (RCS) scattering characters, this article integrates the relevant parameters needed for building up target circumferential RCS scattering model and proposes the RCS scattering controlling parameters to control the changing trends of the relevant model RCS scattering characters. According to the radar dynamic detecting characters during the whole penetration course, a dynamic stealth performance evaluating model is proposed accompanied by a series of stealth ability estimation rules. This new analysis method can enhance the integrality and dependability of the stealth analysis conclusions and summarize the relationship between the target RCS scattering characters and their effects on stealth performance. The rules indicated by this relationship can be used as the reference for designing new type of stealth aircraft and setting up specific penetration tactics.     

直升机翼面类部件雷达目标特性分析及评估

基于准静态原理,采用电磁高频法开展直升机翼面类部件的雷达目标特性分析及评估.首先,为获得翼面类部件对直升机散射特性的影响规律,并考虑旋翼高速旋转的动态效应,着重分析了装配不同翼面类部件后机身雷达散射截面（RCS）的变化趋势、强散射分布和回波信号的时频域谱特征,揭示了翼面类部件雷达散射影响机理;然后,在评估直升机强散射源分布特征和多元响应特性的基础上,比较装配不同翼面类部件后机身的雷达探测距离,提出并建立了方位、俯仰与滚转姿态下直升机的雷达4级预警机制和角域范围,并针对性的给出对抗雷达探测的方案.研究发现:装配平尾、短翼及平尾和短翼组合的直升机相比孤立机身的雷达暴露距离分别增加11.54%,14.88%和18.06%,综合隐身能力下降.      

二维机翼影区爬行波RCS的研究

分析了机翼前后缘处于影区时的散射机理,建立了机翼爬行波雷达散射截面（ＲＣＳ）的计算模型。该模型反映出外形参数对ＲＣＳ的影响,便于工程计算。针对典型试件进行了理论计算和一维成像实验,结果吻合良好     

Multi-frequency RCS Reduction Characteristics of Shape Stealth with MLFMA with Improved MMN

Three new control factors are presented for calculating the multipole mode number (MMN) efficiently and precisely. The effects of these control factors on the number of integral samples and the precision of multilevel fast multipole algorithm (MLFMA) are investigated. A new approach based on control factors which is proven to be able to improve the computational efficiency and reduce the needed memory significantly as well as ensuring the proper precision. For three aircraft models, the improved MLFMA is employed to analyze their multi-frequency scattering characteristics. It is found that aircraft shape can influence radar cross section (RCS) in different frequency zones. Both the multi-frequency RCS reduction characteristics of shape stealth aircraft and the conventional aircraft with stealth design taken into account are investigated, and the results show that shape stealth exhibits significant RCS reduction in the resonance and high-frequency zones, and with a weaker influence in the Rayleigh zone. Compared with radar absorbing material (RAM), shape stealth yields a wider multi-frequency RCS reduction. The above-mentioned results can be applied to stealth design for multiple frequencies or even for all frequencies.     

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。     

21世纪初军用飞行器战术技术要求的新内容——隐身能力

本文从战争的启示、系统工程分析的结论及反隐身技术的威胁等三方面,论证了“隐身能力”对未来军用飞行器的重要性。文中着重分析了21世纪初军用飞行器战术技术要求的新内容——“隐身能力”所包括的三个内容:（1）飞行器的散射特性及辐射特性;（2）飞行器的电子干扰能力;（3）飞行器所用的战术隐身技术。     

Influence of aircraft surface distribution on electromagnetic scattering characteristics

In this paper, two typical stealth aircraft concepts (wing fuselage blended and flying-wing) were designed. Then three gradually changed surface distribution models with the same plan-form for each concept were created. Based on the multilevel fast multipole algorithm (MLFMA), the vertical polarization transmitting/vertical polarization receiving (VV) and horizontal polariza-tion transmitting/horizontal polarization receiving (HH) radar cross section (RCS) characteristics were simulated with five frequencies between 0.1 and 1.0 GHz. The influences and mechanisms of aircraft surface distribution on electromagnetic scattering characteristics were investigated. The results show that for the wing fuselage blended concept, the VV RCS of this frequency range is higher than the HH RCS in most cases, while it is just the opposite for the flying-wing concept. As for the two aircraft concepts, the RCS levels of HH and VV both decrease with the frequency increasing, but the HH RCS has a faster downward trend. The surface distribution has little influ-ence on HH RCS characteristics. On the contrary, it has a significant impact on VV RCS charac-teristics, and the amplitude of the VV RCS increases with the surface thickness.     

典型亚声速飞翼布局无人机红外隐身特性分析

隐身技术作为提高作战生存力的关键环节,是复杂对抗环境下武器装备信息化作战的最重要技术指标。飞翼布局以其独特的隐身优势,成为无人作战飞机首选布局形式。文章以超低RCS亚声速飞翼布局无人机平台为基础,从多频谱隐身特征平衡设计出发,针对其采用低发射率材料前后的红外隐身特性进行了对比分析,验证了红外隐身措施的有效性。