湍流等离子体尾迹雷达散射截面的计算及其影响因素分析

针对一阶畸变波Born近似模型,深入分析了湍流内外尺度和电子数密度脉动值对雷达散射截面的影响,并且给出了关于湍流外尺度的一个经验的,能被工程上较好使用的公式.在以上分析的基础上,计算了几种高程条件下再入小钝头锥体等离子尾迹的雷达散射截面,与已有实验结果进行了对比分析.分析和计算结果表明,湍流的外尺度和局部电子数密度值对雷达散射截面值影响较大;湍流内尺度变化的影响不大.     

再入飞行器尾迹流场及其雷达散射效应研究

对再入飞行器等离子体尾迹及其雷达散射特性进行了分析、研究和大量的计算。讨论了物形、流场各因素对尾迹雷达散射截面的影响。流场计算使用准一维粘性尾迹方程，以修正基尔方法（多值法）求解，用一阶Ｂｏｒｎ近似完成亚密雷达散射截面（ＲＣＳ）计算。计算中使用８组元混合空气、１４个非平衡化学反应模型，考虑５种不同尺度的小钝头锥形物体，沿再入轨道取６５至３４公里，共１３个高程的飞行条件。通过计算得到了再入体尾迹各流场参数、电子密度分布及湍流亚密尾迹的ＲＣＳ。结果说明再入钝锥细长体粘性尾迹的转捩特性对于等离子体的散射性质具有决定性的作用；再入弹头尾迹等离子体对地面单站雷达发射波的回波主要来源于尾迹湍流亚密的非相干散射；对确定的波长，当环境雷诺数达到临界值之后，可能出现ＲＣＳ的突增现象；不同物形及来流条件造成尾迹转捩位置的改变，从而影响ＲＣＳ的数值及其沿轨道的分布；改变尾迹颈部初值会引起ＲＣＳ值的明显变化。     

武装直升机机身与旋翼的RCS计算与分析

基于物理光学法的电磁散射计算方法对武装直升机机身和旋翼的雷达散射截面进行计算,并对武装直升机外形隐身设计进行分析。该方法多用于计算复杂目标的雷达散射截面的估算。本文对两种武装直升机机身建模并进行了雷达散射截面的仿真计算。计算结果表明II型武装直升机机身的隐身设计在头向和尾向大大降低了RCS,使得雷达对隐身目标的总体可探测距离减小。本文还利用物理光学法和准静止法计算和分析了直升机旋翼的时域和频域雷达散射。     

雷达散射截面面积对发现概率的影响

在深入分析了影响飞机生存力的几种因素的基础上,通过理论推导,建立了雷达输入端信噪比与发现概率及雷达散射截面面积与信噪比之间的关系,计算了雷达散射截面面积对发现概率影响.并在Matlab的环境下进行了数学仿真,仿真结果表明:当信噪比落在区间[5.6,12.5]内,发现概率随着信噪比的降低而陡降.在没有完全掌握敌方预警雷达参数的情况下,通过假设定量的给出调整雷达散射截面面积的最佳范围.     

雷达目标散射截面的计算

对雷达探测对象——空中飞行目标的特性研究,一直是雷达技术中一个非常重要的研究课题。雷达目标的特性研究,对雷达的设计、雷达目标的设计,以及雷达目标的特性分析和识别都具有十分重要的意义。目标的雷达散射截面(RCS)是雷达目标特性研究中一个最基本的参数。本文旨在介绍目标雷达散射截面的概念、理论分析和常用计算方法。     

舰艇雷达散射截面的计算公式

通过引入雷达散射截面的概念,采用物理光学积分、几何建模等电磁散射方法,给出舰艇目标有效散射截面的精确计算模型;介绍了舰艇有效散射截面的经验估算公式并提出了修正方法;基于实际测量数据与理论计算结果的比较分析,对算法的可信度和工程应用价值给出了评价。     

航迹规划中雷达探测空间的生成

从飞机突防习行任务规划出发，综合考虑地球曲率、陆地（或海洋）的反射和杂波干扰、大气折射和吸收损耗等因素的影响，采用临界散射截面法生成了对空警戒雷达在不同地貌、发现概率下，对不同雷达散射截面的目标的探测空间。计算并分析了飞行高度、目标雷达散射截面、发现概率和地貌等因素对雷达探测空间的影响，以便选择低探测概率的飞行走廓，这对制定和实施安全突防飞行策略有实际意义。     

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。     

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。     

基于离散伴随方程的三维雷达散射截面几何敏感度计算

针对有限差分法计算雷达散射截面（RCS）梯度效率低，采用高精度雷达散射截面评估时计算代价高的问题，提出了一种基于麦克斯韦积分方程离散伴随方程的RCS梯度高效计算方法。基于伴随方程的梯度计算可以通过一次雷达散射截面求解、一次伴随方程求解获得RCS关于所有设计变量的梯度。其中麦克斯韦积分方程离散伴随方程的形式与原方程基本一致，可以采用矩量法（MOM）及多层快速多极子算法（MLFMA）求解。伴随方程求解计算量与直接雷达散射截面评估基本一致，存储量在直接雷达散射截面评估的基础上增加不明显。通过双椎体模型、导弹模型对基于矩量法、多层快速多极子算法的伴随梯度进行验证，证明了基于伴随方法的RCS梯度计算可以实现复杂外形中RCS梯度的高效、高精度求解，为基于梯度的高精度气动/隐身一体化优化提供了基础。     

低雷诺数亚声速扩压平面叶栅试验

采用试验方法研究了某亚声速扩压叶型叶片表面和尾迹区气流在低雷诺数条件下的流动特点,获得了叶型损失系数在不同雷诺数情况下的变化规律.试验结果表明:随着低雷诺数降低,叶片表面马赫数分布以及叶栅尾迹区流动均发生剧烈的变化,叶型损失系数也急剧增大;叶型性能变化的转折雷诺数随进口马赫数增大而增大;低雷诺数下叶片吸力面的流动分离是引起叶栅尾迹特性改变和损失系数迅速增大的主要原因.      

钝体近尾流区的流动特性

本文介绍了对钝体近尾流的时间平均流动特性进行试验研究的结果。试验中分别以圆柱体和三棱柱体为模型,考虑了几何形状和雷诺数对流动结构的影响。试验结果表明,对于高雷诺数情况,在“死水区”内,存在着与低雷诺数情况下类似的时间平均流动特性。最后,对尾流中涡街形成的机理进行了初步讨论。     

An MTI Technique for Processing Radar Measurements of a Waking Reentry Body

A processing technique based on pulse-cancellation techniques familiar in moving target indicator (MTI) radar is proposed for separating (in Doppler) echoes of a reentry body traveling at hypersonic velocities from those of its lower velocity turbulent wake appearing in the same range cell. The cancellation technique is implemented by forming the sum of the products of binomial weighting coefficients of alternating sign with the complex echoes of a small number of closely spaced transmitted coherent pulses; thereby, in effect, synthesizing a digital canceler. The ability of the two-and three-pulse canceler to estimate body RCS in the presence of attached wake is demonstrated by employing coherent burst data collected by the AMRAD radar for a mission flown at the White Sands Missile Range. Estimates of body RCS obtained from the two-and three-pulse canceler compare favorably to the corresponding estimates obtained from a 30-pulse Doppler periodogram for this mission. Expressions for both the achievable wake rejection ratio and the mean and standard deviation of the body power estimate of the N-pulse canceler are derived as a function of the wake parameters, assuming Gaussian wake statistics.     

基于被动控制的D型钝体减阻大涡模拟研究

钝体减阻在航空航天等多个领域内具有重要的应用潜力,也是重要的基础研究热点问题。为了精确捕捉流动控制的流动细节,并发展效果优良的流动控制减阻方案,论文围绕抽象出的D型钝体,采用大涡模拟方法,开展了被动控制减阻高精度数值模拟研究。首先基于前期研究成果,对D型钝体尾迹区剪切层附近放置一个光滑小圆柱的被动减阻方法开展了数值模拟,发现总阻力减小17.7%,与试验结果吻合很好,同时数值预测的速度场分布也与试验结果吻合良好。在此基础上,进一步提出了采用齿槽型表面结构的小圆柱对D型钝体尾迹区进行扰动,并开展了数值验证,发现总阻力减小21.4%,优于前期的减阻方法。最后研究了在三种雷诺数工况下两种小圆柱扰动情况下的减阻效果,均表现出良好的减阻效果,两种小圆柱扰动下总阻力最大降幅分别为19.6%和23.1%,同时基于大涡模拟计算结果对减阻流动机理进行了探讨。上述研究结果表明,通过进一步优化流场结构,可以得到更优的流动减阻方案。     

Temporal evolution of the RCS of aircraft wake vortices

Knowledge of the radar scattering characteristics is one of the key issues for the development of wake vortex detection technology. This paper studies the temporal evolution of the RCS (radar cross-section) of wake vortices. The RCS–time plot is observed to increase as a whole and step at a certain time. These properties could provide help to the design of wake vortex detection radar and the optimization of radar station layout. The special spiral structures within the wake, together with the Bragg scattering theory, are used to well explain these phenomena, and some representative radar experiments are also included to verify them.     

超高负荷低压涡轮非定常特性实验

针对某后加载超高负荷低压涡轮叶型的定常与非定常气动特性进行了实验研究.结果表明:由于上游尾迹的作用,在低来流雷诺数与来流湍流度下,尾迹诱导转捩叠加自然转捩可以抑制分离、降低叶型损失.在一个尾迹通过周期,由于尾迹诱导转捩的作用,附面层分离周期性地放大、缩小.同时在吸力面速度峰值点下游观测到了尾迹被割裂为两部分的现象,形成了一个主尾迹与一个副尾迹.副尾迹同样可以诱导转捩,但强度较低,对分离抑制效果有限.      

低雷诺数NACA0012平面叶栅流场直接数值模拟

采用具有7阶精度的weighted essentially non-oscillatory(WENO)差分格式,直接求解可压缩二维非定常N-S方程组,研究了NACA0012翼型平面叶栅低雷诺数流动的特征.直接模拟及与文献对比的结果表明:叶栅尾缘涡脱落的形成过程与圆柱绕流涡脱落的形成过程非常相似.平面叶栅尾迹区的2阶统计量与孤立翼型尾迹区的2阶统计量具有相同的分布特征,但前者的强度显著大于后者.周期性的涡脱落不仅在上下翼面形成非定常分离,也使得尾迹区某点的总压发生准周期性的变化.随着栅距的减小,翼型上的平均分离位置向前缘移动;尾迹区某点的总压变化频率及其幅值均显著地增加;而且栅距越小,速度脉动2阶统计量反而越大.      

低RCS飞行器表面弱散射源研究

飞行器表面不同宽度缝隙、不同高度台阶、不同结构形式对缝（主要包括横向对缝、锯齿对缝两种）等弱散射源对前方雷达截面（RCS）有着比较重要的影响,为了说明控制弱散射源的重要性,介绍了常规飞行器表面结构的缝隙、台阶等弱散射源的分布情况及特点,采用理论方法分析了缝隙的雷达后向散射强度,设计了低RCS载体和实验模型,开展了不同宽度缝隙、不同高度台阶、不同结构形式对缝的RCS实验。结果表明：减小缝隙宽度、台阶高度,采用锯齿缝隙代替直缝隙等方法,是控制隐身飞行器表面电磁缺陷的有效技术途径。