机翼涂敷吸波材料减缩雷达散射截面的研究

推导出了光滑凸体金属表面涂敷吸波材料时的后向雷达散射截面 ( RCS)公式。对一系列涂敷吸波材料的金属平板进行了 RCS测试和理论计算。为提高计算精度,给出计算 RCS的工程修正方法。在此基础上,对机翼前后缘局部涂敷吸波材料。研究结果表明,机翼前后缘涂敷吸波材料可以有效地控制 RCS     

高温雷达吸波涂层研究进展

在现代信息化战争中,探测和制导技术迅猛发展。在众多探测信号中,雷达探测占比高达60%,因此武器装备雷达隐身 能力尤其重要。随着新一代装备性能的提升,热端部件的服役温度不断升高,对高温雷达吸波涂层提出了更加严苛的要求。在高 温服役环境下,部分雷达吸波材料存在氧化、居里温度低而失去吸波性能的问题。高温雷达吸波材料主要依靠介电损耗和电导损 耗机制实现对电磁波的损耗吸收。基于此,综述了以碳化物、硼化物、氧化物、金属材料、MAX相材料为吸波剂的高温雷达吸波涂 层研究情况,分析了各材料的优势及存在的问题,其中氧化物吸波剂高温稳定性好,易于制备,成本低,其吸波性能可通过掺杂改 性调控,是面向未来更加严苛服役环境下更具应用潜力的吸波材料。此外,还从梯度结构和超材料设计2个角度分析了涂层结构 设计在拓宽涂层吸波频带,降低涂层厚度方面的作用。结合当前研究进展提出了新材料研发、新结构设计和与材料结构相适应的 制备工艺研究是未来高温雷达吸波涂层的发展方向。     

飞行器表面电磁缺陷及雷达吸波材料应用

从飞行器表面电磁特性和电磁缺陷分析入手,就如何使用雷达吸波材料进行了探讨,提出了采用雷达吸波材料或特种良导电材料,针对电磁缺陷进行修复的雷达吸波材料应用思路。该方法可减少雷达吸波材料的使用量,从而减轻飞行器重量,提高其性能,降低成本,改善维修性。并进行了试验验证。     

一类周期结构雷达吸波材料的设计与吸波性能研究

将两种雷达吸波材料(RAM)按照1:1的体积比设计成不同的周期结构,利用电磁场有限元软件对反射率进行计算.计算结果表明,周期结构吸波材料的吸收峰位于两种吸波材料之间,周期结构的大小、形状以及吸波材料在周期结构中的位置对吸波性能均有较大影响.     

吸波材料在飞行器隐身设计中的应用研究

基于多目标优化理论,提出雷达吸波材料在物体表面涂敷位置的优化设计方法。利用电磁波的干涉原理和材料的吸波性能,通过设计吸波材料在飞行器表面的涂敷位置,研究局部涂敷吸波材料所能获得的隐身效果。以某飞行器模型为例开展吸波材料隐身技术研究,实现了雷达散射截面减缩与材料增重之间的优化与折衷。     

雷达吸波材料设计理论与方法研究进展

综述了近10年来雷达吸波材料(RAM)计算设计理论、方法及优化技术的发展,并简要评价了现有的设计技术。此外,提出了雷达吸波材料设计存在的技术问题,并预测了吸波材料设计的发展方向。     

吸收剂颗粒尺寸对吸波材料性能的影响

对最佳的吸收剂颗粒粒度进行数值计算和分析。从趋肤效应和单个磁畴颗粒大小两个角度,以纯铁粉为例对最佳的粒度做了分析,结果表明,对于2~18 GHz的雷达波,铁粉颗粒在16 nm~1μm为好。还分析了利用纳米颗粒的量子尺寸效应来吸收电磁波时颗粒的尺寸范围,计算结果表明,此时颗粒尺寸至少应小于22 nm。     

星载硬质吸波材料真空功率耐受性能验证

星载吸波材料是复杂空间环境条件下天线、微波部组件大功率使用中满足隔离度要求的核心部件。本文研究了星载吸波材料真空功率耐受性能和吸波材料原材料制备工艺关键要素之间的关系,文中首先介绍了星载吸波材料电磁波吸收机理,其电磁参数直接关系到电磁波吸收性能优异与否;接着给出了影响电磁参数稳定性的原材料制备关键要素,以及成型材料的机加工艺特点;随后构建了一套星载吸波材料功率耐受性能的验证平台,开展功率试验;对两种工艺固化方法制备的原材料,分别制作了波导型吸收负载试验件进行试验验证。结果表明：（1）未进行高温预处理的吸波材料,残存未固化的小分子,会导致在高温真空工况下可凝挥发物析出增多,与外导体镀银层发生氧化反应,进而使负载组件的驻波变化率较大;（2）经过高温预处理后的吸波材料,在高温下的真空质损和可凝挥发物均得到了有效控制,其电磁参数也趋于稳定,负载组件的驻波变化率试验前后差异不大。因此,吸波材料原材料工艺制备过程中高温预处理属于关键要素;该工艺固化方法的有效实施将有助于星载吸波材料的应用,提高航天器在轨服役可靠性和安全性。     

复合型雷达吸波材料结构优化设计的数值计算

基于多层复合型雷达吸波材料的设计要求构造了多目标优化的模型,将基本遗传算法(SGA)改进为自适应-混合遗传算法(MAHGA),通过数值计算为多层雷达吸波材料的结构优化提供了依据,依据计算结果制备了多层复合雷达吸波材料并进行了反射率和电磁参数测试实验,实验结果与计算结果吻合较好,复合材料具有良好的吸波性能,在8~18GHz低于-10dB的带宽可达7.8GHz,最大衰减量为-34.6dB,总厚度为3.5mm。     

基于雷达散射截面约束的气动优化设计

采用拉格朗日乘子法优化设计了雷达散射截面约束条件下的锥形融合气动外形.拉格朗日乘子法中的极小化问题采用动态演化的优化设计方法求解.该方法是一种基于非定常演化的优化设计方法,即在求解非定常流动支配方程的时候同时履行优化过程,较其它基于定常解的优化方法具有高得多的计算效率.其中的雷达散射截面通过求解非结构的笛卡儿网格上的时域麦克斯韦方程来得到,而升阻比则通过求解锥形流方程来计算.通过优化设计,得到了M∞=8.0时,升阻比为4.98,雷达散射截面只有1.66m2的锥形融合气动外形.     

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.     

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。     

Shape preserving topology optimization for structural radar cross section control

The purpose of this paper is to present a shape preserving topology optimization method to prevent the adverse effects of the mechanical deformation on the Radar Cross Section(RCS).The optimization will suppress the variation of RCS on the perfect conductor surface by structural design. On the one hand, the physical optics method is utilized to calculate the structural RCS,which is based on the surface displacement field obtained from the finite element analysis of the structure. The correspondi...     

基于计算电磁学方法的旋翼雷达散射截面特性

以Maxwell方程组为主控方程,时间离散采用4步Runge-Kutta法,空间离散使用MUSCL(monotonic upstream-centered scheme for conversation laws)格式与Steger-Warming通量分裂结合的方法,建立了一套基于时域有限体积法的旋翼RCS(雷达散射截面)特性数值计算方法.采用代数方法生成围绕旋翼的O型贴体、正交网格.在验证方法有效性基础上,着重分析了旋翼平面和翼型RCS极化、入射角、电尺寸等影响特性,并给出了翼型几何特点对RCS的影响规律;然后运用线性加权和法进行了旋翼翼型隐身性能的综合筛选.研究表明:旋翼RCS动态包络线是一个强散射水平的连续振荡区域;选取3片桨叶旋翼的最大雷达探测距离为2片桨叶的82.2%,且有利于控制旋翼的散射最大峰值.同时,HH02旋翼翼型在4个重要的散射角域,最大探测距离分别为NACA0012翼型的105.1%,99.4%,86.6%和83.5%,表明综合雷达隐身性能最好.     

机载气象雷达回波信号仿真系统

设计了一个机载气象雷达回波信号仿真系统,可用于高保真雷达回波信号的生成与演示。基于高保真风场建模数据,依照真实机载气象雷达的扫描方式初始化仿真参数,对风场数据进行机载气象雷达回波仿真,得到了可靠的仿真数据,并对可靠性进行验证。该系统采用C#与Matlab联合编程的方法进行实现,可实现的功能包括各种气象目标在不同模式下的雷达回波仿真,雷达回波数据正确性的验证及展示。得到的信号可为机载气象雷达信号处理和数据处理算法的开发提供数据支持。     

特殊形状橡胶密封圈的性能分析

采用非线性有限元法对特殊截面形状的橡胶密封圈进行了分析.通过轴对称有限元分析模型, 分析了其在矩形沟槽内装配压缩过程中的变形和应力变化, 以及应力的分布情况, 同时还对承受单侧压力的密封情况进行了研究.对于密封圈的抗扭转特性以及在特殊压力负载情况下的密封特性也进行了模拟并且和普通O形圈进行了对比.结果表明, 所采用的方法能够预测特殊形状的密封圈在压缩中的变形和应力等特征参数, 加深了对其密封性能的了解, 并对同类密封结构设计有一定的指导意义.      

方形截面飞行器上仰机动对滚转特性影响的数值模拟

飞行器从中小迎角至大迎角范围内,由于背风区流动分离形态的演化,静态气动特性特别是横侧向气动特性也随迎角显著变化,可能诱发复杂的滚转运动。但飞行器一般是上仰机动时,才从平飞状态快速拉起至大迎角,此机动过程对横侧向气动特性和滚转运动可能产生较大影响。本文发展了刚体动力学方程和Navier-Stokes方程的松耦合求解技术,并通过数值模拟航天飞机脱落碎片的六自由度运动轨迹进行了验证。针对背风区涡流形态及横侧向气动特性复杂的方形截面飞行器,数值模拟研究了其不同迎角下的静态滚转气动特性、自由滚转运动特性,以及上仰机动时不同拉起速率对滚转运动特性的影响。结果表明,对于此飞行器,静态时存在临界迎角约为13°,当迎角小于临界迎角时,滚转方向是静不稳定的,诱发快速滚转运动;当迎角大于临界迎角时,滚转方向是静稳定的,其滚转运动是收敛的。但上仰机动时,滚转运动的形态还与拉起速率相关,即使拉起的终止迎角大于临界迎角,如果拉起速率较慢,也可能出现快速滚转运动。     

直升机旋翼涂敷吸波材料减缩RCS试验研究

翼面类部件的RCS减缩始终是飞行器隐身研究的重要课题,在微波暗室对某直升机旋翼金属模型和涂敷吸波材料模型进行测试研究。在金属旋翼模型表面涂敷1 mm厚吸波材料,可以在8~18 GHz、HH极化下,将其RCS的峰值减缩5~8 dB,360°周向算术均值减缩约5 dB,充分利用了所用吸波材料平板试件法向减缩量8~11 dB...     

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.